Российские физики рекордно разогрели плазму в сферическом токамаке «Глобус-М2»

Российские физики, работающие на сферическом токамаке «Глобус-М2», нагрели в нем дейтериевую плазму до очень высокой температуры, которая вдвое ниже, чем в будущем термоядерном реакторе ITER. При этом объем плазмы в тысячу раз меньше, чем в ITER, а магнитное поле в пять раз слабее. Подобные исследования важны для создания будущих термоядерных реакторов на базе сферомаков, которые могут оказаться дешевле и выгоднее, чем обычные токамаки, говорится в сообщении пресс-службы Минобрнауки, поступившем в редакцию N + 1.

Концепция сферических токамаков, у которых аспектное отношение (отношение большого радиуса тора к малому) близко к единице, что меньше, чем у обычных токамаков, была разработана в конце прошлого века, а затем получила экспериментальное подтверждение на ряде установок, таких как START. Ее цель — улучшение удержания и параметров высокотемпературной плазмы при уменьшении размеров термоядерной установки и, как следствие, снижении затрат на ее создание и поддержание работы. Однако на пути создания термоядерных реакторов подобной конструкции стоит масса еще не решенных физических и инженерных задач. В настоящее время в мире исследования в области сферомаков ведутся на ряде установок нового поколения, таких как «Глобус-М2» (РФ), MAST и ST-40 (Великобритания), NSTX (США) или TST-2 (Япония).

«Глобус-М» был запущен в Физико-техническом институте имени А. Ф. Иоффе РАН в 1999 году. Аспектное отношение для токамака составляет 1,5, а объем стальной вакуумной камеры — около 1,1 кубического метра. Первичный нагрев водородной или дейтериевой плазмы ведется путем создания и увеличения тока, текущего в плазменном шнуре, при помощи центрального соленоида (индуктора), затем подключаются системы волнового нагрева (LHCD и ICRF) и инжекции высокоэнергетичных нейтралов. Большая часть элементов, обращенных к плазме, внутри камеры, облицованы графитовыми плитками, на которые наносится бороуглеродное покрытие во время еженедельных процедур боронизации — это делается для снижения потока частиц со стенок камеры в плазму. В 2018 году установка была существенно модернизирована, получив обозначение «Глобус-М2», второй инжектор нейтралов и обновленную электромагнитную систему, благодаря чему величина тороидального магнитного поля увеличилась с 0,4 до 1 Тесла.

Теперь же ученым, работающим на токамаке, впервые удалось получить рекордно большое значение температуры плазмы среди отечественных установок подобного типа. Полученная температура ионов дейтерия составила 4 килоэлектронвольта при напряженности тороидального поля 0,9 Тесла и времени удержания разряда 10-12 миллисекунд. Подобные параметры плазмы были получены при использовании обоих инжекторов высокоэнергетичных пучков атомарного водорода в плазму. Для сравнения — в проекте международного термоядерного реактора ITER предполагается достижение ионной температуры в 8 килоэлектронвольт, при этом объем плазмы в «Глобус-М2» в тысячу раз меньше, чем в ITER, а магнитное поле в пять раз слабее, хотя проектное время горения разряда в ITER гораздо больше. Тем не менее, время удержания разряда в «Глобус-М» достаточно большое для установки такого размера. 

По словам заместителя руководителя «Глобус-М2» Владимира Минаева полученные параметры плазмы согласуются с расчетными параметрами, предсказанными ранее для этой установки, и полученными для британского токамака ST-40. При этом стоит отметить, что «Глобус-М2» почти достиг верхней границы по доступному магнитному полю и помимо продолжения работ на установке будет разрабатываться новый токамак следующего поколения, который будет в 2-2,5 раз больше текущего по размерам. В нем можно будет получать более плотную и горячую плазму.

Ранее мы рассказывали о «соревновании» токамаков EAST и KSTAR, которые попеременно устанавливают рекорды по времени удержания очень горячей плазмы, а также о физическом пуске нового российского токамака Т-15МД.

Александр Войтюк