Nature Physics: предложен новый способ управления нестабильностями плазмы

Международная команда ученых предложила новый способ управления нестабильностями плазмы с использованием горячих частиц. Это открытие может оказаться ключевым для повышения эффективности работы термоядерных реакторов, таких как ITER — крупнейший термоядерный реактор в мире, строящийся во Франции. Работа опубликована в журнале Nature Physics. Термоядерный синтез представляет собой экологически чистый и практически неисчерпаемый источник энергии, основанный на процессах, аналогичным происходящим в звездах. Однако для его эффективного использования необходимо поддерживать стабильное состояние высокотемпературной плазмы, что достигается с помощью магнитных полей. Одной из главных проблем термоядерного синтеза являются нестабильности на краю плазмы. Эти явления приводят к потерям энергии и частиц, что вызывает эрозию и перегрев компонентов установки для удержания плазмы и представляет серьезную угрозу для будущих термоядерных реакторов. Горячие частицы — это частицы плазмы, энергия которых значительно превышает энергию большинства частиц в системе, находящихся в термическом равновесии. В новом исследовании ученые изучили влияние таких частиц на нестабильности плазмы. Эксперименты проводились на токамаке ASDEX Upgrade, расположенном в Институте физики плазмы Макса Планка (Германия). Для моделирования использовался особый программный код MEGA, который позволил проанализировать взаимодействие таких частиц с нестабильностями. Результаты исследования показали, что горячие частицы способны значительно изменять пространственную структуру плазмы благодаря резонансному обмену энергией. По словам ведущего автора работы Хесуса Хосе Доминго-Палациоса Дуран, взаимодействие частиц с плазменными волнами можно сравнить с серфером, оставляющим след на поверхности воды. Эти частицы, подобно серферу, изменяют характер плазменной нестабильности. Такой механизм позволяет объяснить наблюдаемые экспериментальные данные, включая сигналы магнитных датчиков и детекторов потерь быстрых ионов. "Наши результаты имеют важное значение для оптимизации методов контроля плазмы, которые критически важны для работы ITER и других будущих термоядерных реакторов," — отметил Доминго-Палациос Дуран.