Китайское «искусственное солнце» преодолело ключевой предел плотности плазмы

Исследователи, работающие на китайском экспериментальном сверхпроводящем токамаке (EAST), сообщили, что им удалось заставить реактор работать за пределами лимита плотности плазмы, который сдерживал эксперименты по термоядерному синтезу на протяжении десятилетий. Это достижение может помочь повысить эффективность будущих термоядерных реакторов.

EAST, часто называемый китайским «искусственным солнцем», — это токамак, расположенный в Хэфэе, который использует сверхпроводящие магниты для удержания сверхгорячей плазмы. Проще говоря, более высокая плотность плазмы позволяет происходить большему количеству термоядерных реакций. Проблема в том, что в большинстве токамаков чрезмерное увеличение плотности приводит к нестабильности, из-за чего плазма разрушается и взаимодействует со стенками реактора. Эта граница обычно связана с пределом Гринвальда.

Команда, стоящая за EAST, полагает, что проблема не только в том, насколько плотной становится плазма. По словам исследователей из Института физики плазмы Китайской академии наук, предел плотности тесно связан с примесями, попадающими в плазму, особенно с металлическими частицами, высвобождаемыми с внутренних стенок реактора. Вольфрам, широко используемый в термоядерных установках, был идентифицирован как основной источник проблемы.

Чтобы лучше понять и контролировать этот эффект, исследователи разработали модель под названием «Самоорганизация взаимодействия пограничной плазмы со стенкой» (Boundary Plasma-Wall Interaction Self-Organization, PWSO). Затем они проверили теорию на EAST, используя электронно-циклотронный нагрев вместе с методом запуска на предварительно заполненном газе. Эти изменения помогли снизить влияние вольфрама на границе плазмы.

Благодаря лучшему контролю уровня примесей плазма смогла перейти в то, что исследователи описывают как стабильную «зону свободной плотности», работая за пределами традиционного лимита без провоцирования сбоев. Экспериментальные результаты близко совпали с предсказаниями модели PWSO.

Результаты, опубликованные в журнале Science Advances, дают новое руководство для проектирования будущих высокоплотных термоядерных реакторов. Хотя коммерческая термоядерная энергетика остаётся долгосрочной целью, эта работа решает одну из практических проблем, замедляющих прогресс в области магнитного удержания плазмы.