Разогрев и удержание высокотемпературной плазмы - является основной проблемой всех крупномасштабных проектов в области термоядерной энергетики. Создание термоядерного реактора, подобному тому, который находится внутри Солнца, только меньшего масштаба, даст человечеству неиссякаемый источник безопасной и чистой энергии.
Тепло можно рассматривать как энергетическую вибрацию атомов. При сверхвысоких температурах эти вибрации становятся настолько сильными, что атомы начинают беспорядочно сталкиваться друг с другом с огромной скоростью. При превышении определенного порога энергии столкновение двух ядер ведет к их слиянию, образуя новый атомный элемент. Вновь образованный атом будет весить уже меньше, чем сумма двух исходных атомов вместе взятых, а полученная разница в массе будет излучаться в виде тепловой энергии.
Внутри ядра Солнца каждую секунду при температуре около 27 миллионов °C 620 миллионов метрических тонн водорода превращаются в 616 миллионов метрических тонн гелия. Разница в 4 миллионна тонн вещества при этом преобразуется в энергию излучения.
Небольшая часть этой энергии в конечном итоге достигает Земли в виде всего спектра электромагнитного излучения: видимого света, ультрафиолетового, инфракрасного, рентгеновского и гамма диапазона. Понятно, что без этого щедрого солнечного дара жизнь на Земле не была бы возможной.
Термоядерные реакторы типа токамаков, такие как Международный термоядерный экспериментальный реактор (ИТЭР), пытаются смоделировать ядерные реакции, происходящие внутри Солнца, чтобы воспроизвести такую же высокотемпературную плазму, для поджига термоядерной реакции. Для этого необходимо нагреть атомы водорода - в частности, изотопы дейтерия и трития - до точки, когда они начинают сталкиваться друг с другом, соединяясь и высвобождая энергию, которую можно потом отобрать, и далее поддерживать реакцию, добавляя дополнительные порции водорода.
Целевая температура ИТЭР составляет 150 миллионов °С. Реактор EAST в Китае, который является ключевым участником проекта ИТЭР, уже достиг этой отметки, достигнув 160 миллионов °C в течении 20 секунд и удерживая 120 миллионов °С в течение 101 секунды в отдельных экспериментах в мае прошлого года.
В последнем эксперименте Китайской Академией Наук проверялась способность китайского токамака выдерживать экстремальные температуры в течение более длительных периодов времени, поддерживая температуру в 2,6 раза выше, чем в ядре Солнца в течение примерно 1056 секунд или 17 минут 36 секунд. Никому раньше не удавалось поддерживать высокотемпературную плазму в течение 1000 секунд. Это серьезное достижение.
Важно уточнить, что пока Китайские ученые не воспроизвели управляемую термоядерную реакцию, а смогли лишь удерживать устойчивую перегретую плазму, которая является необходимым условием для создания термоядерного синтеза, но не достаточным. Так что на данный момент КПД этого действия далеко не положителен с точки зрения полученной и затраченной энергии.
