Принстонская лаборатория физики плазмы (США) предложила новое объяснение ограничению на достижимую плотность плазмы в токамаках. По расчётам, после достижения предела Гринвальда, «пузырьки» в плазме начинают излучать тепло во всё б?льших количествах, охлаждая её.
Физики Луис Дельгадо-Апарисио и Дэвид Гейтс из Принстонской лаборатории физики плазмы (США) сосредоточили своё исследование на крохотных пузыревидных образованиях в плазме токамаков — экспериментальных термоядерных реакторов, которые однажды, возможно, станут основой для новой энергетики. По их расчётам, представленном в недавнем выпуске журнала Physical Review Letters, после достижения предела Гринвальда такие пузырьки начинают излучать тепло во всё бóльших количествах, охлаждая плазму и не позволяя ей достичь нужной температуры и плотности.
Хотя прогресс в строительстве токамаков налицо, практически все физики согласны с тем, что лишь при Q ~ 30 (то есть при получении от ядерного синтеза в 30 раз большего количества энергии, чем затрачивается на подогрев и удержание плазмы, в которой он происходит) можно будет говорить об экономически целесообразных термоядерных реакторах в большой энергетике. Долгое время исследователи уверяли, что имеющиеся трудности носят чисто инженерный характер, а с теоретической точки зрения всё уже ясно, «иного нет у нас пути», а следующая остановка будет в мире дешёвой термоядерной энергии. Осталось только разработать чуть более мощные магниты для удержания плазмы, и… Похоже, всё несколько сложнее, а с теоретической точки зрения — интереснее.
В плазме токамаков есть включения, «островки», похожие на пузырьки, которые делают, согласно новому исследованию, невозможным решение проблемы экономически эффективного термоядерного синтеза в сегодняшних токамаках типа строящегося ITER. «Пузырьки» — это частицы плазмы, которые отразились от магнитного поля, удерживающего плазменный шнур в токамаке. Когда это магнитное поле усиливается, или температура плазмы достигает определённого уровня, эти «островки» растут и сливаются, в результате чего плазма теряет нужные характеристики, поясняет г-н Дельгадо-Апарисио. Барьером здесь служит предел Гринвальда, операционный лимит плотности в устройствах магнитного удержания токамаков, превышение которого обычно приводит к потере стабильности удерживаемой плазмы.
Кроме того, учёные предполагают, что наряду с усиливающимся отводом тепла от плазмы пузырьки ещё и блокируют поступление дополнительного внешнего тепла к остальным участкам нормальной плазмы. В момент достижения предела Гринвальда омический нагрев уже поставляет меньше энергии, чем отводят от плазмы пузырьки, поэтому даже многократное увеличение количества энергии, подаваемой к плазме токамаков, не решит проблемы создания достаточно высокой температуры и давления, которые могли бы обеспечить экономически целесообразную термоядерную реакцию.
Как с этим бороться? Физики полагают, что можно попытаться направить энергию нагрева плазмы непосредственно в пузырьки и тем самым достичь её большей плотности. Другим путём является дальнейшее изучение свойств пузырьков и более детальное понимание причин их формирования. Если их образование провоцируется какими-то сторонними факторами, не обязательно присущими термоядерному синтезу, то их исключение из условий протекания реакции может существенно облегчить достижение критической температуры и плотности.
Напомним, раньше считалось, что по мере роста температуры и давления в плазме росли и возникающие в ней флуктуации, исключавшие функционирование омического нагрева и препятствовавшие дальнейшему росту плотности. Такой подход практически исключал активную борьбу с явлением (случайные флуктуации — случайные и есть).
Теорию собираются проверить в ближайшее время на токамаках Alcator C-Mod (Массачусетский технологический институт) и DIII-D (General Atomics).
Подготовлено по материалам Принстонской лаборатории физики плазмы.
Просмотров 
Другие новости по теме:
 В Академгородок съехались специалисты по термоядерному синтезу | Выброс плазмы на Солнце вызовет «экваториальные сияния» на ... |  Предложен новый способ повышения эффективности удержания плазмы | В Башкирии откроется завод по переработке плазмы крови |  Создана компьютерная модель эффективного термоядерного синтеза |  Графит продемонстрировал ультрабыстрый переход в состояние тёплой плот ... |
