Новосибирские физики на шаг продвинулись к управлению термоядерным синтезом

Главным недостатком открытых магнитных ловушек для удержания плазмы традиционно считается большая величина потерь энергии вдоль магнитного поля . Однако согласно теоретическим расчетам специалистов Института ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН, величина таких энергетических потерь (энергии, выносимой электрон-ионной парой) может быть уменьшена до величин, приемлемых для систем с параметрами термоядерного класса.

В недавних экспериментах газодинамической ловушке специалисты института измерили величину продольных потерь энергии - результаты совпали с теоретическими предсказаниями. Полученные данные подтверждают возможность развития термоядерных установок следующего поколения на основе открытых магнитных систем. Результаты опубликованы в научной статье.

Главной задачей исследований Института ядерной физики СО РАН по удержанию плазмы является физическое обоснование термоядерного реактора на основе магнитной ловушки открытого типа, способного работать с топливами, не содержащими радиоактивный тритий.

Один из этапов достижения этой цели - создание в Институте ядерной физики инфраструктурного комплекса разработки новых технологий удержания термоядерной плазмы - газодинамической многопробочной ловушки. В этот проект будет интегрирован весь объем передовых знаний и технологий в области открытых магнитных систем удержания плазмы, накопленных в институте и мире. 

"За последние годы магнитные ловушки открытого типа показали значительный прогресс в параметрах удерживаемой плазмы. и могут рассматриваться как основа для установок термоядерного класса следующего поколения, – рассказывает заведующий лабораторией Института ядерной физики, доктор физико-математических наук Петр Багрянский . - Теоретики нашей лаборатории сначала решили сложнейшую задачу и представили расчеты величины энергии, выносимой из открытой ловушки вдоль магнитного поля одной электрон-ионной парой. Эти теоретические расчеты показали, что энергетические потери не должны быть велики при выполнении простого условия - расположения приемника плазмы (холодной стенки, с которой контактирует плазма) на расстоянии, большем некоторого критического. В недавнем технически сложном эксперименте специалисты Института напрямую измерили эту величину". 

Эксперимент по измерению величины энергии, выносимой из открытой ловушки одной электрон-ионной парой, проводился на установке ГДЛ. Параметры новосибирской установки (температура электронов достигает 200 эВ при инжекции атомарных пучков и до 900 эВ при использовании ЭЦР-нагрева) позволяют проводить эксперименты в условиях, близких к термоядерным.

"Продольные потери энергии в открытой ловушке определяют температуру плазмы, время ее удержания и прочие важные параметры. Чтобы развивать термоядерное направление, необходимо было понять, сколько энергии мы можем позволить себе потерять, - добавляет ведущий научный сотрудник Института ядерной физики, кандидат физико-математических наук Елена Солдаткина . - Расчеты наших теоретиков показали, что даже с учетом вторичной электронной эмиссии и дополнительного ускорения ионов потери меньше, чем предсказывали более ранние теории. Для того, чтобы измерить эту величину в эксперименте, мы разработали специальную систему зондовых диагностик".

Диагностическая система состоит из трех зондов: ионного, плоского зондов и болометра, которые двигаются от приемника плазмы до пробки. Ионный зонд измеряет поток ионов, плоский зонд нужен для измерения коэффициента вторичной электронной эмиссии, а болометр измеряет энергию всех падающих на него частиц. В ближайшее время на основе разработанной методики ученые создадут полноценную систему диагностики из двадцати одной «тройки» таких зондов, которая позволит проводить мониторинг потерь энергии на всей поверхности плазмоприемника, отслеживать величину в динамике.