Развитие управляемого термоядерного синтеза (УТС) на сегодняшний день достигло этапа, когда в мире начинают появляться проекты экспериментальных термоядерных реакторов. В основе создания таких установок могут лежать магнитные системы (магнитные ловушки) либо замкнутого типа (токамаки и стеллараторы), либо открытого типа (пробкотроны). ИЯФ СО РАН является мировым лидером в разработке и исследованиях магнитных ловушек открытого типа. Одна из установок, на которой ведутся исследования в области термоядерного синтеза, – Компактный осесимметричный тороид (КОТ). Магистрант Физического факультета Новосибирского государственного университета, старший лаборант ИЯФ СО РАН Константин Колесниченко получил стипендию имени Г. И. Будкера за работы по улучшению параметров плазмы на данной установке. Благодаря этому в ближайшее время физики смогут получить мишенную плазму нужной температуры и приступить к полномасштабным исследованиям.
— КОТ представляет собой аксиально-симметричный пробкотрон с мощной атомарной инжекцией. Эта открытая ловушка отличается тем, что на ней возможно поработать с удержанием плазмы с очень высоким относительным давлением β (отношение давления плазмы к давлению магнитного поля). Данный параметр принят в качестве характеристики эффективности использования магнитного поля и должен быть больше либо равен единице. Наши исследования помогут экспериментально проверить теоретические работы по физике плазмы, предложенные в Институте. Например, возможность создания области внутри плазмы с почти нулевым магнитным полем. Теория предсказывает, что нулевое магнитное поле, или магнитный пузырь, созданный внутри плазмы, позволит увеличить время удержания плазмы внутри открытой ловушки, уменьшая продольные потери. В своих экспериментах мы сможем это проверить, — объяснил магистрант.
При определенных условиях магнитное поле в КОТ становится противоположным по направлению внешнего магнитного поля и замыкается на самом себе, образуя систему, подобную токамаку. При этом минимизируются потери энергии и вещества вдоль оси установки. Возникающее состояние плазмы носит название FRC (Field-Reversed Configuration). Чтобы работать в таком режиме, исследователям нужно создать относительно горячую (30-50 электрон-вольт) мишенную плазму. Именно этим и занимался Константин.
— Мишенная плазма носит такое название, потому что играет роль мишени для быстрых атомов – ионов водорода, инжектируемых для нагрева плазмы в установке. Если пучки нейтральных атомов инжектировать просто в газ, то они не ионизуются и, следовательно, не будут удерживаться магнитным полем, а пролетая через мишенную плазму, захват будет более эффективным. Оптимизация параметров мишенной плазмы, например, достижение температуры порядка 30 – 50 электрон-вольт, позволит создать условия, в которых захваченные частицы не будут слишком быстро тормозиться на электронах мишенной плазмы, что позволит накопить достаточный для обращения магнитного поля азимутальный ток, — добавляет Константин.
Ученый объяснил, что, как только сотрудники ИЯФ СО РАН достигнут необходимой температуры 30-50 эВ, они перейдут к полномасштабным работам с плазмой с β, близкой к единице. И, если в таких условиях будут эффективно работать относительно новые методы удержания плазмы (вихревое удержание, удержание при помощи проводящей стенки и др.), их можно будет применять при проектировании Газодинамической многопробочной ловушки (ГДМЛ), которая по планам продемонстрирует возможность проектирования компактного, экономически и экологически привлекательного термоядерного реактора на основе магнитных ловушек открытого типа.
Подготовлено по материалам пресс-службы ИЯФ СО РАН.
