Негатив превратился в позитив: новая форма плазмы защитит термоядерные реакторы

Исследование показало, что инвертирование формы плазмы в реакторах термоядерного синтеза улучшает их работоспособность. Для коммерческой жизнеспособности термоядерных энергетических установок крайне важно создать и поддерживать условия плазмы, необходимые для протекания реакций синтеза. Однако при высоких температурах и плотностях плазма часто формирует градиенты этих параметров, которые могут привести к нестабильностям, таким как локализованные режимы на краю (ELM).

ELM представляют собой нестабильности, возникающие на краю плазмы, способные нанести вред стенкам реактора. Форма плазмы в сечении может существенно влиять на ELM. Используемый исследователями термин "триангулярность плазмы" описывает отклонение формы плазмы от овальной. Традиционно исследования фокусировались на плазме с положительной триангулярностью, имеющей форму буквы "D" с вертикальной частью у центральной стойки токамака.

Недавние исследования сконцентрировались на плазме с отрицательной триангулярностью, где вертикальная часть расположена у внешней стенки. Данные, полученные на Национальной установке термоядерного синтеза DIII-D, показали, что такая форма плазмы по существу свободна от нестабильностей в различных условиях плазмы. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters .

Исследование выявило, что плазма с отрицательной триангулярностью не подвержена потенциально вредным нестабильностям на краю плазмы и при этом не теряет в эффективности термоядерного синтеза. Это указывает на то, что такая форма может стабилизировать нестабильности на краю плазмы, одновременно достигая высокой эффективности работы ядра и необходимых условий на краю плазмы для создания условий горения, необходимых будущим термоядерным энергетическим установкам.

Эксперименты с использованием отрицательной триангулярности на токамаке DIII-D продемонстрировали ограничение развития ELM за счет предотвращения формирования градиентов температуры и давления, которые могут привести к ELM на краю плазмы. Плазмы с сильной отрицательной триангулярностью не показывали никаких нестабильностей даже при высокой мощности нагрева, что обычно вызывает ELM.

Эта работа, поддержанная обширными диагностическими данными и улучшенным моделированием на токамаке DIII-D, подтвердила улучшенную стабильность плазмы при расширенном диапазоне условий. Полученная внутренняя стабильность оказалась более надежной, чем подавление ELM с использованием других подходов, что делает отрицательную триангулярность перспективным направлением для дизайна термоядерных энергетических установок и предполагает необходимость дальнейших исследований данного подхода.