Российские ученые из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого и Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН сделали важное открытие в области термоядерной энергетики. Они впервые в мире смогли экспериментально зафиксировать изменения электрического поля и скорости вращения плазмы на периферии термоядерной установки во время так называемых малых ELM-всплесков. Эти данные помогут специалистам понять и математически описать процессы, происходящие на границе плазмы, что необходимо для управления ими в будущих термоядерных реакторах.
Как сообщает ТАСС, исследования проводились на сферическом токамаке «Глобус-М2». В таких установках плазма удерживается магнитным полем в режиме улучшенного удержания, при котором на ее краю образуется невидимый барьер, сохраняющий тепло. Периферийные локализованные моды возникают из-за огромной разницы давления на этом барьере и действуют как предохранительный клапан, периодически сбрасывая избыточную энергию. Эксперименты показали, что во время этих всплесков происходят значительные изменения: резко растут температура и концентрация плазмы, изменяются токи вне плазмы, ускоряются быстрые ионы и формируются плазменные нити.
Ученые установили, что температура электронов в приграничной зоне во время малых всплесков увеличивается в 5 раз, а концентрация плазмы — в 2 раза. Скорость вращения плазмы возрастает на 50 процентов, и этот эффект распространяется на несколько сантиметров внутрь плазмы, что опровергает прежние представления о его локализации в узком слое. Все эти процессы происходят чрезвычайно быстро, за микросекунды. Арсений Токарев из СПбПУ подчеркнул: «Малые ELM — это не просто ослабленные всплески, а самостоятельный динамический режим, в котором периферия плазмы живет по своим быстрым и сложным законам».
По словам Александра Яшина из СПбПУ, полученные данные имеют решающее значение для перехода к долгой и непрерывной работе будущих термоядерных реакторов. Режимы с малыми всплесками рассматриваются как основные кандидаты для такой работы. Новое понимание физики процессов позволит инженерам осознанно управлять нагрузками на стенки установки, что сделает термоядерную энергетику предсказуемой и надежной. Исследования были выполнены с использованием оборудования Федерального центра коллективного пользования ФТИ имени А.Ф. Иоффе.