Ученые из Управления по атомной энергии Великобритании (UKAEA) объявили о серии мировых рекордов и научных прорывов, достигнутых в ходе четвертой научной кампании на национальном термоядерном эксперименте MAST Upgrade. Эти достижения, включая стабилизацию плазмы с помощью трехмерных магнитных полей, являются значительным шагом на пути к созданию устойчивой термоядерной энергетики.
Одна из главных задач на пути к термоядерному синтезу – поддержание стабильности плазмы, раскаленного ионизированного газа, удерживаемого внутри реактора-токамака. Если ток, давление или плотность плазмы становятся слишком высокими, возникают нестабильности, которые снижают производительность и могут повредить компоненты установки. Особую угрозу представляют так называемые краевые локализованные моды (ELM) – мощные выбросы энергии на краю плазмы, способные разрушить внутренние элементы будущего термоядерного реактора.
Исследователи UKAEA впервые в истории сферического токамака смогли полностью подавить эти опасные нестабильности. Используя специальные катушки, создающие слабое трехмерное магнитное поле по краю плазмы, ученые добились стабилизации процесса. Джеймс Харрисон, руководитель научных работ на MAST Upgrade, назвал это достижение знаковым. «Это важная демонстрация того, что передовые методы управления, разработанные для обычных токамаков, могут быть успешно адаптированы для компактных установок, создавая научную основу для будущих электростанций, таких как STEP, Spherical Tokamak for Energy Production», – пояснил он.
Еще одним мировым достижением стала разработка усовершенствованного решения для отвода тепла и частиц из плазмы. Ученым удалось продемонстрировать независимое управление верхним и нижним диверторами – специальными системами выхлопа токамака. Эта возможность позволяет значительно повысить надежность и гибкость эксплуатации будущих термоядерных электростанций, не влияя на ключевые параметры плазмы в основной камере реактора.
Кроме того, эксперименты с впрыском азота на краю плазмы показали, что энергию можно распределять более равномерно по компонентам, обращенным к плазме. Эта техника предотвращает концентрацию чрезмерного тепла в одной точке и открывает новый путь для управления отводом энергии в компактных сферических токамаках, ставя их в один ряд с передовыми решениями, исследуемыми на более крупных установках.
В ходе последней серии экспериментов команда MAST Upgrade также установила рекорд мощности, впрыснутой в плазму, – 3,8 мегаватта с использованием нагрева пучком нейтральных частиц. Это достижение позволяет создавать сценарии с более высокой производительностью плазмы и приближает условия эксперимента к тем, что потребуются для работы электростанции.
Наконец, была достигнута наилучшая за всю историю установки форма плазмы с коэффициентом вытянутости 2,5. Это означает, что высота плазменного шнура в 2,5 раза превышает его ширину. Придание плазме вытянутой формы оказывает стабилизирующий эффект и позволяет достигать более высоких показателей давления и удержания энергии. Фульвио Милителло, исполнительный директор UKAEA по науке о плазме, подчеркнул: «Эти достижения укрепляют лидерство Великобритании в исследованиях термоядерного синтеза и приближают нас к реализации термоядерной энергии как чистого, безопасного и изобильного источника энергии будущего».