Физики разгадали тайну асимметрии в токамаках, важную для термоядерных реакторов

Учёные долгое время не могли объяснить, почему в токамаках — тороидальных установках для термоядерного синтеза — частицы плазмы неравномерно попадают в систему отвода тепла (дивиртор). Эксперименты показывали, что на внутреннюю мишень дивиртора попадает значительно больше частиц, чем на внешнюю. Это имеет ключевое значение для проектирования будущих реакторов, так как определяет распределение тепловой нагрузки.

Ранее основным объяснением считался поперечный дрейф частиц сквозь магнитные силовые линии в области дивиртора. Однако модели, учитывавшие только этот эффект, не соответствовали экспериментальным данным.

Новое исследование, опубликованное в Physical Review Letters, выявило недостающий фактор: вращение плазмы. Используя код моделирования SOLPS-ITER, физики смогли воспроизвести наблюдаемую асимметрию, только когда учли совместное влияние поперечного дрейфа и тороидального вращения плазменного шнура.

Многие говорили, что асимметрию создаёт поперечный поток. Эта работа показывает, что параллельный поток, вызванный вращением ядра, имеет не меньшее значение, — пояснил ведущий автор исследования Эрик Эмди из Принстонской лаборатории физики плазмы.

Моделирование для токамака DIII-D подтвердило, что для совпадения с реальностью необходимо учитывать измеренную скорость вращения ядра — 88,4 километра в секунду. Это открытие позволит точнее прогнозировать поведение частиц в выхлопной системе будущих термоядерных реакторов и создавать более устойчивые к нагрузкам дивирторы.