Из горстки компаний по запуску, пытающихся достигнуть энергии сплава через нетрадиционные методы, Tri Alpha Energy Inc. всегда была загадкой. При публикации мало и без веб-сайта, но очевидно заседании на наличной груде в сотнях миллионов, Футхилл-Ранче, калифорнийская компания была предметом интенсивного любопытства и предположения. Но в прошлом месяце Трай Альфа сняла завесу немного с двумя бумагами, показывающими, что ее устройство, назвал сталкивающийся реактор сплава луча, показал 10-кратное улучшение его способности содержать горячие частицы, необходимые для сплава по более ранним устройствам в американских университетах и национальных лабораториях.
“Они улучшили вещи значительно и двигаются в направлении, которое довольно многообещающе”, говорит плазменный физик Джон Сэнтэриус из Технологического Института Сплава в университете Висконсина, Мадисона.Энергия сплава стремится тиражировать источник энергии солнца и звезд: нагревание атомов к огромным температурам так, чтобы их ядра хлопнули вместе с достаточной силой для преодоления их взаимного отвращения и плавкого предохранителя, выпустив энергию.
Проблема на Земле состоит в том, чтобы ограничить плазму — ионизированный газ с электронами и отделенными ядрами — при высоких температурах (больше, чем 150 миллионов градусов Цельсия) достаточно долго для реакций сплава произойти. Большая часть усилия за прошлые 60 лет исследования сплава сосредоточилась на токамаках — огромные суда формы пончика, ограничивающие плазму с сильными магнитами — и лазерный сплав, использующий богатый энергией лазерный пульс для сжатия крошечных капсул топлива.
Но между этими имеющими малую плотность и высокоплотными крайностями существует диапазон других подходов, получивших мало бюджетного финансирования. Теперь, компании по запуску двигаются в тот вакуум.Устройство Альфы тримарана полагается на плазменное явление, названное полностью измененной областью конфигурацией (FRC), сродни кольцу дыма плазмы. Поскольку плазма сделана из заряженных частиц (электроны и ядра), циркулирующие частицы в FRC создают магнитное поле, действующее для скрепления кольца, достаточно потенциально долго для сплава для начинаний.
Устройство Альфы тримарана 23 метра длиной имеет в его сердце длинную трубу с многочисленными кольцевыми магнитами и другие устройства вдоль его длины. Это создает плазменное кольцо дыма близко к каждому концу и увольняет их к середине в 250 километрах в секунду.
В центре они сливаются, преобразовывая их кинетическую энергию в тепло для производства высокотемпературного FRC.В более ранних попытках создать долгоживущий FRCs, турбулентность в плазме заставила тепло просачиваться, поскольку горячие частицы мигрировали к краю и убежали, заставив кольцо дыма сжаться и исчезнуть.
И несмотря на то, что FRCs оказался более стабильным, чем другие способы ограничить плазму, кольцевая плазма действительно имела тенденцию наклонять или терять форму, вызывать его поразило стенку трубы и распадается. В результате исследователи не могли выдвинуть срок службы высокотемпературного FRCs вне приблизительно 0,3 миллисекунд. “Они испытали затруднения при получении параметров к тому, что было необходимо”, говорит Сэнтэриус, в прошлом работавший с исследователями Трай Альфы и получивший финансирование от компании.Исследователи теоретизировали, что FRC мог быть сделан жить дольше путем увольнения быстродействующих ионов в плазму. Микль Биндербоер, главный инженер Трай Альфы, говорит, что, как только ионы в FRC, его магнитное поле изгибает их на широкие орбиты, что и укрепить плазму против нестабильности и подавляют турбулентность, позволяющую теплу убегать. “Добавление быстрых ионов делает хорошие вещи для Вас”, говорит Глен Верден из Plasma Physics Group в Лос-Аламосе Национальная Лаборатория в Нью-Мексико.
Трай Альфа сотрудничала с Институтом России Budker Ядерной Физики в Академгородке, обеспечившем источники луча для испытания этого подхода. Но они скоро узнали, что “[ион] одни только лучи не добиваются цели.
Условия в FRC должны быть правильными”, говорит Биндербоер, или лучи могут пройти сквозной. Таким образом, Трай Альфа развила метод, названный “смещение края”: управление условиями вокруг FRC использование электродов в самых хвостах реакторной трубы.
В работах, опубликованных в прошлом месяце в Физике Plasmas и Nature Communications, бригада Трай Альфы показывает, как быстрые ионы, смещение края и другие улучшения позволили им произвести FRCs длительность 5 миллисекунд, больше, чем 10-кратное улучшение срока службы, и уменьшили потерю тепла. “Они используют все известные методы на большой плазме хорошего качества”, говорит Верден. “Это показывает то, что Вы можете сделать с несколькими сотнями миллионов долларов”. Трай Альфа поддерживается “очень разнообразной группой инвесторов”, говорит Биндербоер, включая компании венчурного капитала, владеющих миллиардным состоянием людей и правительственную Russian Nanotechnology Corp.Для достижения выгоды сплава — большего количества энергии, чем нагревание накачанного в — исследователи должны будут сделать FRCs в последний раз в течение, по крайней мере, секунды. Несмотря на то, что тот подвиг кажется далеко, Сэнтэриус говорит, что Трай Альфа показала путь вперед. “Если они увеличивают масштаб размера, энергетическое ограничение должно повыситься”, говорит он.
Исследователи Трай Альфы уже работают с обновленным устройством, по-другому ориентировавшим лучи иона и больше энергии луча.