Физики нашли способ повысить устойчивость плазмы в токамаке

Исследователи отмечают, что их выводы будут актуальны применительно к ITER, строящемуся сейчас во Франции Международному экспериментальному термоядерному реактору. ITER должен впервые продемонстрировать выделение энергии в количествах, которые превосходят затраты на разогрев плазмы до миллионов градусов: если эта цель будет достигнута, следующим шагом станет уже строительство опытной термоядерной электростанции. Термоядерная энергия, в отличие от ядерной, выделяется не при делении ядер радиоактивных элементов, а в результате слияния лёгких атомов: например, дейтерия и трития, двух изотопов водорода. В качестве продуктов реакции получается только безобидный гелий — так что из радиоактивных отходов термоядерная электростанция оставит только собственные облучённые конструкции. Другим важнейшим её преимуществом в сравнении и с АЭС, и с ТЭС можно назвать доступность топлива. Дейтерия много в обычной воде, а тритий получается при облучении нейтронами лития: этот процесс можно проводить в том числе на самом термоядерном реакторе. Препятствием на пути к чистой и доступной энергии является высокая температура плазмы, в которой протекает реакция слияния ядер. Для достижения этой температуры физики с 1950-х годов пытались использовать множество разных вариантов, и одним из наиболее перспективных стал токамак: тороидальная камера с магнитными катушками. Эта схема, предложенная в начале пятидесятых годов Андреем Сахаровым и Игорем Таммом, предлагает свернуть плазменный шнур в подвешенный внутри вакуумной камеры бублик. Именно создатели токамаков подошли ближе всего к порогу, разделяющему опытные установки для изучения плазмы и промышленные реакторы, но и в них учёные столкнулись с рядом проблем. Например, плазма периодически норовит схлопнуться: в ней развивается неустойчивость. Подробнее про разные типы термоядерных реакторов можно прочитать в статье «Синтезировать солнце». В своей статье, опубликованной в Physical Review Letters, двое исследователей из Принстонской лаборатории физики плазмы рассмотрели появление неустойчивости, которая сопровождается изменениями как магнитного поля (это называют «магнитным островом»), так и температуры в плазменном торе. Учёные обратились также к процессу разогрева плазмы радиоволнами: поскольку ещё с 1970-х годов такой подогрев использовался в том числе и для борьбы с неустойчивостями. Рассмотрев локальные изменения температуры, величину протекающего через плазму электрического тока и мощность подводимого к плазме радиоволнового излучения, физики выделили ряд важных для управления плазмой взаимосвязей. «Когда вкладываемая в магнитный остров мощность превышает критический уровень, температура скачком увеличивается и это сильно увеличивает стабилизирующий эффект: настолько, что мы можем подавлять большие неустойчивости, чем считалось возможным» — говорит Аллан Рейман, один из авторов исследования. Исследователи обращают внимание на то, что их выводы напрямую затрагивают ITER. «Мы буквально вернулись на 35 лет назад, к нашей старой идее и развили её дальше, обратившись к большим масштабам и снова погрузившись в захватывающий мир физики положительных обратных связей», - добавляет Нат Фиш, соавтор Реймана, — «Похоже, что наши выводы могут быть очень важны для программы токамаков сегодня».