Термоядерний реактор: нестабільність плазми може покращувати роботу

Установки для керованого ядерного синтезу, відомі як токамаки, мають форму тороїдальної камери з магнітними котушками. Усередині магнітні поля розігрівають плазму до температури близько 150 мільйонів градусів Цельсія, що приблизно вдесятеро перевищує температуру ядра Сонця. За таких умов ізотопи водню зливаються, вивільняючи значну енергію.

Однією з головних перешкод для стабільної роботи реакторів залишалася турбулентність плазми, через яку установка втрачала тепло. Однак результати експерименту на найбільшому в Північній Америці токамаку DIII-D, опубліковані в Physical Review Letters, свідчать про протилежне.

Дослідники виявили, що так звані Альфвенові власні моди — тип плазмових хвиль, які раніше вважали лише джерелом перешкод, — можуть запускати саморегулівний процес. Ці хвилі генерують плазмові потоки та електромагнітні струми, що створюють зсувний потік. Цей потік приборкує турбулентність, підвищує температуру іонів та електронів і зменшує тепловтрати.

Для спостереження за змінами магнітного поля використовували метод, заснований на ефекті Мотіона Стана. Він передбачає запуск у плазму пучка нейтральних атомів дейтерію та вимірювання поляризації світла під впливом магнітного поля. Це дозволило зафіксувати коливання коефіцієнта безпеки — показника, що описує стабільність плазми.

Зафіксована зміна коефіцієнта становила 5% за 20 мілісекунд. Це підтверджує наявність струмів, керованих хвилями. Отримані дані вказують на те, що нестабільності, які раніше вважали загрозою, можуть самостійно регулюватися після досягнення певного енергетичного порогу та сприяти розігріву реактора до необхідних температур.