Американські вчені відкрили нове фізичне явище, що підвищує тривалість ядерного синтезу

Науковці з Ліверморської національної лабораторії імені Лоуренса (LLNL, США) відкрили нове фізичне явище — «насичення зворотного потоку» (backflow saturation), яке суттєво змінює уявлення про поведінку електронів у плазмі. Це відкриття може вплинути на проектування і довговічність низки сучасних технологій, зокрема термоядерних реакторів та плазмових двигунів.

Раніше вважалося, що головним обмеженням електронного потоку від поверхонь у плазмових системах є «ефект просторового заряду» — коли електрони взаємно відштовхуються, створюючи щось на кшталт «затору». Проте нове дослідження показало: у низці умов більш суттєвим може бути явище, при якому частина електронів, викинутих у плазму, змінює напрямок і повертається до катода.

Цей зворотний потік не лише обмежує загальний електронний струм, але й змінює стан самої плазми та її взаємодію з електродами. Дослідники припускають, що контроль над таким процесом дозволить зменшити енергію іонів, які вдаряють по катоду, знижуючи швидкість його ерозії. Це особливо актуально для термоядерних реакторів типу токамак, де матеріали піддаються екстремальним навантаженням.

Для моделювання цього ефекту команда LLNL створила новий програмний інструмент, що дозволив змоделювати плазмову діодну систему — від зон біля катода і анода до внутрішньої частини плазми. Завдяки цьому вдалося оцінити параметри, що раніше були важкодоступними: середню густину плазми, довжину вільного пробігу частинок та інші критично важливі характеристики.

Попри підбадьорливі результати моделювання, науковці підкреслюють необхідність подальших лабораторних експериментів для остаточного підтвердження існування ефекту насичення зворотного потоку та відмежування його від класичного ефекту просторового заряду.

Загалом, відкриття має потенційно широкий спектр застосування — від вдосконалення плазмових двигунів у космічних апаратах до покращення ефективності промислових плазмових систем. Глибше розуміння механізмів електронного потоку відкриває шлях до створення технологій нового покоління — з більшим ресурсом, вищою стабільністю і нижчими втратами енергії.