Токамак KSTAR удержал очень горячую плазму в течение 30 секунд
Физики, работающие на южнокорейском токамаке KSTAR, смогли удерживать плазму с ионной температурой 100 миллионов кельвин в магнитном поле в течение 30 секунд — это новый рекорд установки. Таким образом, KSTAR приблизился к мировому рекорду, который пока что, принадлежит китайскому токамаку EAST, сообщает издание Business Korea.
На токамаке KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) ведутся исследования в области длительного (до нескольких сотен секунд) удержания высокотемпературной водородной и дейтериевой плазмы в магнитном поле, а получаемые результаты будут использоваться как в проекте международного экспериментального термоядерного реактора ITER, так и при создании южнокорейского демонстрационного термоядерного реактора K-DEMO.
KSTAR обладает полностью сверхпроводящими магнитными катушками, которые сделаны из станнида триниобия и ниобий-титана и охлаждаются до температуры 4,5 кельвин. Максимальное значение тороидального магнитного поля, создаваемое катушками, составляет 3,5 тесла, большой радиус вакуумной камеры токамака равен 1,8 метра, а малый — 0,5 метра. Зажигание разряда и нагрев плазмы осуществляются за счет систем волнового нагрева и инжекции нейтралов.
На токамаке ранее уже достигались несколько мировых рекордов в области времени удержания горячей плазмы. В конце ноября 2021 года физикам, работающим на токамаке, удалось удерживать плазму с температурой ионов 100 миллионов кельвин в течение 30 секунд, работая в режиме с внутренним транспортным барьером (Internal Transport Barrier), характеризующимся меньшим уровнем турбулентности в плазме. Несмотря на то, что ранее на китайском токамаке EAST был достигнут рекордный показатель 101 секунда для плазмы с температурой 120 миллионов кельвин, команда KSTAR считает, что их результат крайне важен для термоядерной энергетики, так как в случае EAST указывалась температура электронов в плазме, которые нагреть гораздо проще.
Ожидается, что в следующем году KSTAR модернизируют, в частности установят вольфрамовый дивертор, что позволит к 2026 году довести время удержания плазмы с температурой 100 миллионов кельвин до 300 секунд. Такое значение уже сравнимо с временем горения разряда в ITER, составляющим 400 секунд.
Строительство реактора ITER, начатое в июле прошлого года, должно завершиться к 2025 году. О том, как в термоядерной гонке помимо крупных проектов участвуют частные компании, можно прочесть в материале «Это будет бомба».
Александр Войтюк
Для скалярной константы связи удалось уточнить предел почти на порядок
Физики из Великобритании получили наиболее жесткие на сегодняшний день ограничения на параметры ультралегкой темной материи. Для этого они использовали данные атомных часов и новый модельно-независимый подход к изучению вариаций во времени этих параметров и других фундаментальных констант. Работа опубликована в журнале New Journal of Physics. По современным представлениям темной материи во Вселенной примерно в пять раз больше обычного вещества. Она не участвует в электромагнитных взаимодействиях и поэтому недоступна прямому наблюдению. Наиболее вероятные кандидаты на роль темной материи — вимпы — до сих пор экспериментально не обнаружены. Поэтому ученые рассматривают и другие теории о составе темной материи: от сверхлегких частиц, например, аксионов, до первичных черных дыр. Ранее ученые уже использовали данные атомных часов для ограничения параметров ультралегкой темной материи с массой менее 10-16 электронвольт. На этот раз физики Натаниель Шерилл (Nathaniel Sherrill) и Адам О Парсонс (Adam O Parsons) с коллегами из университета Сассекса и Национальной физической лаборатории в Теддингтоне предложили новый модельно-независимый подход к изучению временных вариаций фундаментальных констант при анализе данных атомных часов. При этом количество свободных параметров увеличилось, что по мнению ученых позволит тестировать различные модели и их константы связи. Чтобы проверить новый подход в действии, физики использовали три типа атомных часов: на основе атомов стронция Sr в решетчатой ловушке, на основе ионов иттербия Yb+ в ловушке Пауля и атомные часы на цезиевом фонтане Cs. Частоты всех часов измерялись относительно водородного мазера, после чего рассчитывались отношения частот Yb+/Sr, Yb+/Cs и Sr/Cs. Это позволило исключить возможные ошибки, связанные с нестабильностью работы мазера из-за изменения параметров окружающей среды. Генерируемые частоты во всех часах зависят от соотношений постоянной тонкой структуры и массы электрона. Поэтому из взаимных измерений частот трех часов можно получить колебания со временем этих констант. Особенностью эксперимента стала независимость измерений от предполагаемой функциональной зависимости констант от времени. Поэтому полученные ограничения могут быть использованы при рассмотрении любых гипотетических моделей. В частности, ученые получили ограничения на константы связи гипотетических частиц темной материи в области масс от 10-20 до 10-17 электронвольт. Для скалярной константы связи dγ(1) физикам удалось исключить новую область параметров, усилив предыдущий предел примерно на порядок. Ученые до сих пор не могут определить параметры темной материи, хотя и видят ее проявления в различных процессах. Чтобы лучше разобраться, какие на сегодняшний день существуют модели, описывающие темную материю, пройдите наш тест.