Физики смоделировали поведение плазмы в термоядерном реакторе

Немецкие и американские ученые разработали новый способ прогнозирования распределения флуктуаций турбулентности в плазме стелларатора, а также их минимизации. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Physical Review Letters, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Принстонского университета.

Основная трудность в управляемом термоядерном синтезе — удержание высокотемпературной плазмы в магнитной ловушке. Ученые в своей работе смоделировали поведение материи в магнитной ловушке стелларатора с целью продления ее существования в равновесном режиме.

Новый метод, разработанный авторами, описывает распространение турбулентности в плазме установки, а также позволяет качественно смоделировать возможный дизайн соленоида.

Свои выводы специалисты проверили на примере самого мощного в мире стелларатора — Wendelstein 7-X, расположенного в немецком городе Грайфсвальде. На строительство этого объекта, начавшееся в 2005 году и завершенное в 2014-м, потрачено более миллиарда евро.

Реактор Wendelstein 7-X состоит из 70 сверхпроводящих катушек общим весом более 725 тонн, которые способны создавать магнитное поле, удерживающее плазму с температурой до ста миллионов градусов Цельсия. Физики уже в 2015 году планируют начать эксперименты: на своей установке они хотят добиться удержания плазмы в течение получаса.

В мире существуют два наиболее перспективных проекта термоядерных реакторов: токамак и стелларатор. В обеих установках плазма удерживается магнитным полем, но в токамаке плазма имеет форму тороидального шнура, по которому пропускается электрический ток, а в стеллараторе магнитное поле наводится внешними катушками.

В термоядерных реакторах происходят реакции синтеза тяжелых элементов из легких (например, гелия из изотопов водорода дейтерия и трития), в отличие от обычных реакторов, где проходят процессы распада тяжелых ядер на более легкие.

Другой проект по управляемому термоядерному синтезу, ИТЭР, предполагает работу по принципу токамака. Установка строится на юге Франции в 60 километрах от Марселя и будет самым крупным термоядерным реактором в мире.