Физики научились управлять стабильностью границы термоядерного шнура

Физики из США и Австралии научились управлять потенциально опасными тепловыми всплесками во внешних границах плазмы (ELM-нестабильностью) в токамаке (установка для магнитного удержания плазмы). Результаты своих исследований авторы опубликовали в двух статьях в журнале Physical Review Letters, а кратко с их содержанием можно ознакомиться на сайте Принстонской лаборатории физики плазмы.

Одной из самых важных проблем в современных токамаках является создание в них режима удержания плазменного шнура (так называемой H-моды). При переходе к такому режиму в плазме начинает проявляться активность мод, локализованных на краю плазменного шнура, — ELMs (Edge Localized Modes). Это приводит к увеличению давления, энергии и времени удержания плазмы, а также к разрушению дивертора термоядерной установки.

Дивертор принимает излучение и частицы от плазменного шнура и уводит их от плазмы, таким образом предотвращая ее остывание. В случае, если материал этого устройства начинает разрушаться и испаряться, возникает загрязнение плазмы, и стабильный режим удержания плазменного шнура оказывается нарушенным.

Для управления ELM-нестабильностью физики предложили использовать локализованные магнитные поля, которые бы подавляли распространение таких деформаций плазменного шнура до стенок токамака. Это происходит, как отметили ученые, вследствие возникающего при этом перераспределения энергии на периферии плазменного шнура.

К таким выводам ученые пришли при помощи компьютерного моделирования, результаты которого они подтвердили на эксперименте с токамаком DIII-D компании General Atomics в Сан-Диего. Исследование ученых проводилось при поддержке Министерства энергетики США, а его результаты окажутся полезными для будущих установок такого рода, в частности проекта ИТЭР.

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.

Самый крупный из существующих проект по управляемому термоядерному синтезу, ИТЭР, предполагает работу по принципу токамака. Установка строится на юге Франции в 60 километрах от Марселя, а ее стоимость превышает десять миллиардов долларов.