Новая технология на основе алмазов позволит контролировать термоядерные реакции в реальном времени
Ученые Калифорнийского университета разрабатывают систему мониторинга для термоядерных реакторов будущего на основе искусственных алмазов, способных выдерживать экстремальные уровни радиации. Эти детекторы призваны решить одну из ключевых проблем на пути коммерческого использования термоядерной энергии. Исследования ведутся в рамках масштабной инициативы университета, который выделил восемь миллионов долларов на трехлетние гранты для ускорения инноваций в области термоядерного синтеза.
Физики из UC Santa Cruz получили финансирование в размере 555 тысяч долларов на создание передовой системы диагностики. Их подход основан на использовании искусственных алмазов, которые будут детектировать продукты термоядерной реакции. Алмазы ценятся за свою способность выживать в условиях интенсивной радиации, что является обязательным требованием для работы внутри коммерческого термоядерного реактора. Ранее исследователи из Santa Cruz Institute for Particle Physics (SCIPP) уже работали над кремниевыми детекторами частиц, однако кремний не может выдержать разрушительного радиационного воздействия как в термоядерных установках, так и в космических миссиях.
Это ограничение заставило SCIPP начать сотрудничество с компанией Advent Diamond, одним из немногих предприятий в мире, способных производить подобные сенсоры на алмазной подложке. Как отметил профессор экспериментальной физики Брюс Шумм, первоначальный грант в 48 тысяч долларов позволил запустить коллаборацию, которую они пытались наладить в течение нескольких лет. Алмазные детекторы — это именно тот тип оборудования, который потребуется будущим термоядерным реакторам. Отслеживая профиль «горения» каждого импульса синтеза, эта технология сможет предоставлять диагностические данные в реальном времени в среде, где обычные сенсоры будут уничтожены.
Интерес к термоядерному синтезу, реакции, питающей Солнце, значительно вырос после того, как в 2022 году Национальная лаборатория Лоуренса Ливермора, управляемая университетом, несколько раз успешно достигла термоядерного воспламенения. Термоядерный синтез не производит парниковых газов, создает минимальное количество отходов и в качестве топлива использует водород. На этом фоне Инициатива Калифорнийского университета в области термоядерной энергии выделила два гранта по четыре миллиона долларов каждому междисциплинарным командам, в которые входят исследователи с пяти кампусов и двух национальных лабораторий.
Несмотря на значительный прогресс, перед коммерческим использованием термоядерной энергии все еще стоят серьезные инженерные задачи. UC Santa Cruz совместно с партнерами из UC San Diego, UCLA, UC Irvine и национальных лабораторий будет изучать поведение материалов в экстремальных условиях синтеза и создавать диагностические системы, способные эти условия пережить. Как заявила научный сотрудник SCIPP Симоне Мацца, который возглавит разработку системы мониторинга плазмы, для перехода от лаборатории к коммерчески жизнеспособной электростанции необходим скоординированный подход.