Эксперименты на токамаке T-10 раскрывают секреты самоорганизующейся плазмы и бросают вызов традиционным теориям

Коллектив специалистов Курчатовского института, МФТИ и МИФИ провел революционные эксперименты на токамаке Т-10, которые могут изменить будущее термоядерной энергетики. Исследователи обнаружили, что удержание энергии в плазме можно значительно улучшить, контролируя радиационные потери на её краю. Этот эффект не зависит от типа используемого газа — будь то неон, гелий или легкие примеси, — что открывает новые возможности для управления плазмой в реакторах будущего.

Раньше считалось, что ключевым фактором удержания энергии является плотность плазмы. Однако эксперименты показали, что главную роль играют именно радиационные потери. Охлаждение края плазмы за счет излучения приводит к стабилизации её профиля давления и снижению турбулентности, что, в свою очередь, улучшает удержание энергии. Это явление удалось объяснить с помощью принципов неравновесной термодинамики и уравнения, аналогичного уравнению Смолуховского, которое описывает самоорганизацию плазмы.

Особенно важно, что эффект работает даже с гелием, который излучает на самом краю плазмы, в отличие от неона, действующего на больших радиусах. Это доказывает универсальность открытия и его применимость для разных сценариев работы токамаков. Более того, эксперименты подтвердили, что при правильном управлении радиационными потерями можно достичь «режима насыщения», когда удержание энергии перестает зависеть от дополнительного охлаждения.

Полученные результаты имеют огромное значение для проектируемого термоядерного реактора ITER. Они позволяют оптимизировать режимы работы установки, минимизировать энергопотери и избежать разрушительных МГД-неустойчивостей. Кроме того, открытие поможет решить проблему накопления примесей в центре плазмы, что критически важно для стабильной работы будущих реакторов.

Это исследование — важный шаг на пути к управляемому термоядерному синтезу. Ученые уверены, что понимание самоорганизации плазмы и её связи с радиационными потерями позволит создать более эффективные и безопасные энергетические установки, приближая человечество к эпохе чистой и неиссякаемой энергии.

Результаты исследования опубликованы в журнале «Физика Плазмы».

Создано при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Десятилетия науки и технологий (ДНТ), объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.