Левітуючий диполь
Левітуючий диполь — це тип конструкції термоядерного реактора з магнітним обмеженням, який зазвичай використовує надпровідний тор, що магнітно левітує всередині реакторної камери. Назва відноситься до магнітного диполя, що утворюється в реакційній камері, подібно до магнітосфери Землі . Стверджується, що такий апарат може утримувати плазму ефективніше, ніж інші конструкції термоядерних реакторів[1]. Концепцію використання такого апарату як термоядерного реактора запропонував Акіра Хасегава в 1987 році[2]
Магнітне поле Землі генерується рухом електричних зарядів у її розплавленому ядрі. Утворене дипольне магнітне поле має конфігурацію, лінії якої проходять через центр Землі, виходять на поверхню поблизу полюсів і простягаються далеко в космічний простір над екваторіальними областями. Заряджені частинки, що потрапляють у це поле, зазвичай рухаються вздовж його силових ліній у напрямку до північного або південного полюса. Поблизу полярних областей силові лінії зближуються, що призводить до посилення магнітного поля. За таких умов частинки з енергією, нижчою за певний поріг, можуть відбиватися від областей із сильнішим магнітним полем і починати рух у протилежному напрямку. У результаті вони багаторазово переміщуються між полярними областями, доки не зазнають зіткнення з іншими частинками. Частинки з більшою енергією продовжують рух до Землі, впливаючи на атмосферу та викликаючи полярні сяйва .
Ця концепція використовується в підході магнітного дзеркала до енергії термоядерного синтезу. Дзеркало використовує соленоїд для утримання плазми в центрі циліндра, а потім магніти на обох кінцях зближують магнітні лінії, створюючи області відбиття. Згодом з'ясувалося, що магнітне дзеркало є недостатньо ефективною системою утримання плазми: зі зростанням її густини та енергії паливо дедалі гірше відбивалося від магнітних «дзеркал» на кінцях установки. Особливо небажаним було те, що з системи переважно виходили частинки з найбільшою енергією, ті, які мали найбільшу ймовірність брати участь у реакціях термоядерного синтезу. Унаслідок цього дослідження великих установок із магнітним дзеркалом були припинені у 1980-х роках.
Левітуючий диполь можна розглядати як тороїдальну конфігурацію магнітного дзеркала, яка значно більше нагадує магнітне поле Землі, ніж традиційні лінійні дзеркальні системи. Область утримання плазми являє собою тороїдальну зону навколо зовнішньої поверхні центрального магніту, подібну до області поблизу земного екватора. Частинки, що рухаються в цій області назовні, потрапляють у зону зі зростаючою напруженістю магнітного поля, унаслідок чого вони прагнуть повернутися до центральної частини системи, що сприяє її стабілізації. Частинки з більшою енергією, які в традиційних магнітних дзеркалах зазвичай залишають область утримання, у левітуючому диполі натомість рухаються вздовж силових ліній через порожнистий центр магніту й повертаються до екваторіальної області, здійснюючи рециркуляцію.
Це робить левітуючий диполь унікальним у порівнянні з іншими утриманнями плазми. У цих експериментах невеликі коливання можуть спричинити значні втрати енергії. Натомість, у диполярному магнітному полі коливання мають тенденцію стискати плазму без втрати енергії. Цей ефект стиснення вперше помітив Акіра Хасегава (з рівняння Хасегави-Міми) після участі у зустрічі Вояджера-2 з Ураном[2].
Концепція левітованого диполя була вперше реалізована, коли Джей Кеснер з Массачусетського технологічного інституту (MIT) та Майкл Мауель з Колумбійського університету зробили спільну пропозицію щодо перевірки цієї концепції у 1997 році[3]. Це призвело до розробки двох експериментів: експерименту з левітуючим диполем (Levitated Dipole Experiment, LDX) у MIT та експерименту з без зіткнень Террелли (Collisionless Terrella Experiment, CTX) у Колумбійському університеті[4].
Станом на 2026, щонайменше дві компанії розробляють термоядерні реактори з магнітним утриманням плазми, засновані на геометрії левітуючого диполя, що працюють на реакціях дейтерій–дейтерій (D–D) із пригніченням утворення тритію: OpenStar Technologies, заснована у 2021 році в Новій Зеландії, застосовує магнітну левітацію, тоді як Deutelio, заснована у 2022 році у Швейцарії, використовує структурну левітацію[5][6].
У жовтні 2024 року компанія OpenStar Technologies створила хмару іонізованого гелію, що міститься в диполі, що левітується постійним магнітом. Плазма керується за допомогою центрального надпровідного магніту. Магніт був попередньо охолоджений приблизно до 30 К (−243,2 °C; −405,7 °F). Тиск плазми для заданого магнітного поля в дипольній машині в 13 разів вищий, ніж у токамаку. Потенційна потужність синтезу більш ніж у 150 разів більша[7].
- ↑ Chandler, David (19 березня 2008). MIT tests unique approach to fusion power. MIT News. MIT News Office. Процитовано 8 вересня 2025.
- 1 2 Hasegawa, Akira (1987). A dipole field fusion reactor. Comments on Plasma Physics and Controlled Fusion (англ.). 11 (3): 147—151. ISSN 0374-2806.
- ↑ Kesner, J; Mauel, M (1997). Plasma Confinement in a Levitated Magnetic Dipole (PDF). Plasma Physics Reports. 23 (9): 742. Bibcode:1997PlPhR..23..742K.
- ↑ CTX. sites.apam.columbia.edu. Процитовано 22 червня 2020.
- ↑ Staff (2022–2026). Deutelio: Driving Innovation with Fusion. Deutelio. Grono, Switzerland. Процитовано 29 січня 2026.
- ↑ Bacon, Alexandra (27 липня 2023). Mapping Europe's nuclear fusion industry. Sifted. Процитовано 29 січня 2026.
- ↑ Harris, Mark (12 листопада 2024). New Fusion Reactor Design Uses Levitating Magnets. IEEE Spectrum. Процитовано 25 листопада 2024.