Впервые измерена динамика потенциала в плазме термоядерного реактора

Изменение формы пучка внутри многоступенчатого ускорителя. Автор: National Institute for Fusion Science

Японские исследователи впервые провели высокоточные измерения динамики электрического потенциала внутри плазмы термоядерного реактора. Этот прорыв может ускорить разработку устойчивых источников энергии будущего.

Ключевым методом стал зонд тяжелых ионов (HIBP), где ускоренные отрицательные ионы золота (Au⁻) вводятся в плазму. Анализируя изменение их заряда при взаимодействии с плазмой, ученые определяют внутренний электрический потенциал с высокой точностью.

Большое спиральное устройство (LHD) и система зонда тяжелых ионов. Автор: National Institute for Fusion Science

Проблема заключалась в том, что при увеличении тока пучка ионы начинали рассеиваться из-за эффекта пространственного заряда, что ограничивало точность измерений.

Карта передачи пучка в зависимости от напряжений электродов. Автор: National Institute for Fusion Science

Решение найдено

Исследовательская группа использовала компьютерное моделирование и обнаружила, что оптимизация распределения напряжения в многоступенчатом ускорителе позволяет использовать его как электростатическую линзу. Это решение повысило эффективность транспортировки пучка до 95%.

Эксперименты подтвердили, что ток пучка Au⁻, вводимого в ускоритель, увеличился в 2-3 раза.

Изменение профиля плазменного потенциала при различных состояниях плазмы. Автор: National Institute for Fusion Science

Результаты и перспективы

Увеличение тока пучка расширило измеримый диапазон плазменного потенциала и позволило впервые наблюдать временные переходы в распределении потенциала при изменениях состояния удержания плазмы.

Метод обеспечивает практическое решение для оптимизации транспортировки тяжелых ионных пучков и может быть применен в других диагностических системах и ускорительных приложениях.

ИИ: Это значительный шаг в термоядерных исследованиях - возможность точно измерять внутренний потенциал плазмы открывает новые горизонты для управления плазмой и проектирования будущих реакторов.