МОСКВА, 19 августа. /ТАСС/. Физики из России разработали теоретическую модель, которая непротиворечивым образом описывает механизм появления так называемой вертикальной неустойчивости плазмы, одного из самых опасных феноменов в работе термоядерных реакторов-токамаков. Предложенный подход открывает путь к созданию более надежных систем управления для термоядерных реакторов, сообщил Центр научной коммуникации МФТИ.
"Предыдущие модели были элегантны, позволяли решить задачу сравнительно просто, но работали в очень узких, практически нереализуемых рамках. Достаточно сказать, что исходные предположения требовали, чтобы при изменении формы плазмы изменялась и форма вакуумной камеры. Мы же создали универсальный метод, который может применяться для существующих и проектируемых токамаков, включая ИТЭР", - пояснил научный сотрудник МФТИ Владимир Пустовитов, чьи слова приводит Центр научной коммуникации вуза.
Как объясняют ученые, за последние полвека физики разработали несколько разных подходов к созданию термоядерных реакторов, два типа которых, токамаки и стеллараторы, сейчас считаются наиболее перспективными с практической точки зрения. Токамаки пока значительно ближе к практической реализации, в том числе за счет международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР, который уже несколько десятилетий строится во Франции при участии ученых из России, ЕС, США, Китая и других стран.
Токамаки устроены таким образом, что внутри них формируется и удерживается тонкий шнур из плазмы, разогретой до нескольких сотен миллионов градусов. Для повышения мощности реакторов и повышения эффективности их работы физики придают плазменному шнуру вытянутую форму, что также делает плазму неустойчивой к вертикальным смещениям. В результате этого возникает угроза того, что шнур может "соскользнуть" вверх или вниз и на огромной скорости врезаться в стенки камеры.
Для противодействия подобным инцидентам необходимо точно понимать то, как формируются подобные вертикальные неустойчивости и с какой скоростью они движутся. Как отмечают Пустовитов и его коллеги, существующие математические модели не позволяли получать подобные прогнозы с достаточной точностью, что было связано с использованием некоторых математических упрощений, связывавших геометрию вытянутой плазмы и форму проводящей стенки вакуумной камеры токамака.
Физики-теоретики из МФТИ и Курчатовского института разработали новый, более универсальный подход, который позволяет рассматривать плазму и стенку с произвольными, независимыми друг от друга формами. Проведенные исследователями расчеты показали, что новая методика лучше согласуется с данными экспериментов, чем предыдущие методы расчета свойств вертикальных неустойчивостей в плазме. В перспективе, это позволит создать более точные алгоритмы управления работы токамаками, защищающие их от подобных инцидентов, а также улучшить конструкцию и геометрию их ключевых элементов.