Ученые из Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора (LLNL) в США открыли новый физический эффект, названный «насыщением обратного потока», который может значительно повысить эффективность и долговечность термоядерных реакторов. Открытие способно улучшить работу технологий, использующих плазменные поверхности, таких как токамаки для термоядерного синтеза и плазменные двигатели для космических аппаратов.
Раньше считалось, что главное препятствие в работе плазменных систем — это так называемый эффект пространственного заряда. Проще говоря, электроны в плазме «застревали», отталкиваясь друг от друга, как магниты с одинаковыми полюсами. Но команда LLNL выяснила, что гораздо большую роль играет «насыщение обратного потока». Этот эффект возникает, когда электроны, вылетевшие из плазмы, начинают возвращаться к источнику (катоду), меняя поведение плазмы и ее взаимодействие с поверхностями устройства.
Чтобы разобраться в этом, ученые создали суперсовременную компьютерную модель, которая с высокой точностью показывает, как частицы движутся от катода к аноду. Эта модель помогла понять, какие факторы — например, плотность плазмы или столкновения частиц — влияют на ток внутри системы. Благодаря этому открытию можно снизить энергию ионов, которые «бомбардируют» катод, уменьшая его износ. Это значит, что детали реакторов и двигателей будут служить дольше, а сами устройства станут надежнее.
Особенно важным открытие может стать для токамаков — гигантских «колец», где удерживается сверхгорячая плазма для термоядерного синтеза. Точное управление этой плазмой — ключ к созданию электростанций будущего, которые будут давать чистую энергию без вредных отходов. Но это не все: новые знания пригодятся и для плазменных двигателей космических кораблей, и даже для промышленных технологий, например, обработки металлов.
Ученые предупреждают, что впереди еще много работы. Нужно провести дополнительные эксперименты, чтобы окончательно понять, как «насыщение обратного потока» отличается от эффекта пространственного заряда.
