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
При этом без обычного звездного коллапса
Канадские физики показали, что аксионоподобная ультралегкая темная материя способна генерировать мощное ультрафиолетовое излучение для быстрого формирования сверхмассивных черных дыр. При этом такое образование может происходить напрямую из холодного газа, без обычной фазы звездообразования. Статья с описанием работы размещена в репозитории arXiv.org.