Опыты физиков РФ и ЕС помогут снизить частоту срыва плазмы в термоядерных реакторах

Российские и европейские физики уточнили, как происходят так называемые срывы плазмы в термоядерных реакторах, а также как порождаемые ими боковые силы влияют на состояние стенок вакуумных камер этих установок. В перспективе это позволит сделать их более стабильными и безопасными, сообщил Центр научной коммуникации (ЦНК) МФТИ.

«Наш эксперимент подтверждает, что боковая сила, возникающая при плазменных срывах, значительно отличается от предсказаний классических моделей. Это свидетельствует о необходимости учитывать не только динамику отдельной моды перегиба, но и взаимодействие нескольких проводящих структур, окружающих плазму», — пояснил научный сотрудник кафедры физики и химии плазмы МФТИ Владимир Пустовитов, чьи слова приводит ЦНК вуза.

Как отмечают Пустовитов и его коллеги, самые первые опыты на термоядерных реакторах-токамаках показали, что в некоторых ситуациях идеально симметричный «бублик» из плазмы, удерживаемый магнитными полями внутри этих установок, становится нестабильным, из-за чего он теряет свою форму или смещается. В результате сверхгорячая плазма может коснуться стенки вакуумной камеры, что приводит к резкому охлаждению плазмы и к потенциально опасной тепловой и токовой нагрузке на саму камеру.

За последние десятилетия физики предложили несколько теоретических подходов для объяснения наблюдаемых явлений. Для проверки корректности этих теоретических моделей физики из России, Италии и Чехии провели серию экспериментов на итальянской экспериментальной установке RFX, в рамках которых ученые оценили так называемую боковую силу, воздействующую на три ключевых компонента вакуумной камеры токамака при срыве плазмы.

Результаты этих замеров исследователи сопоставили с прогнозами трех принципиально разных теоретических подходов, описывающих процессы в токамаках. В их число вошла модель Миронова-Пустовитова, разработанная авторами исследования, а также модели Риккардо-Уокера-Нолла и модель Захарова. Эти расчеты показали, что традиционные модели, не учитывающие сложную геометрию и взаимодействие нескольких проводящих структур, не способны точно описать наблюдаемую боковую силу.

Так, ученые обнаружили, что модель Риккардо-Уокера-Нолла переоценивает боковую силу примерно в двадцать раз по сравнению с эталонными данными, а для модели Захарова этот показатель был завышен примерно в три раза. Модель Миронова-Пустовитова наиболее реалистично воспроизводила процессы в токамаке, но при этом она занижала боковую силу примерно втрое. Это говорит о необходимости серьезной доработки всех моделей с учетом экспериментальных данных, подытожили ученые.

За последние полвека физики разработали несколько разных подходов к созданию термоядерных реакторов, два типа которых -токамаки и стеллараторы — сейчас считаются наиболее перспективными с практической точки зрения. Токамаки пока находятся значительно ближе к практической реализации, в том числе за счет проекта международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР, который уже несколько десятилетий строится во Франции при участии ученых из России и других стран.