Команда исследователей на полностью сверхпроводящем токамаке Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) в Китае добилась стабильности плазмы при плотностях, значительно превышающих ранее установленный эмпирический предел. Этот результат впервые подтверждает существование так называемого «режима без ограничений плотности», предсказанного теорией самoорганизации плазмы и стенок (plasma–wall self organization, PWSO). Результаты опубликованы в журнале Science Advances.
Традиционно плотность плазмы в токамаках ограничивалась эмпирическим пределом: при его превышении возникали нестабильности, разрушавшие удержание плазмы и угрожающие работе установки. Предел был серьезным препятствием на пути к достижению термоядерного синтеза, поскольку термоядерная мощность растет пропорционально квадрату плотности «топлива».
Как удалось превзойти предел
Ученые во главе с профессором Чжу Пином и доцентом Янь Нином разработали новый режим запуска и управления плазмой. Комбинация контроля давления начального топлива и резонансного электронного циклотронного нагрева на ранней стадии разряда улучшила взаимодействие плазмы со стенками токамака. Это позволило существенно уменьшить накопление примесей и потери энергии, а затем — постепенно повысить плотность плазмы до уровня, напоминающего «безлимитный» режим PWSO.
Такой подход снижает влияние физических так называемых «эмпирических ограничений» и открывает новую область рабочих параметров для термоядерных устройств, потенциально пригодную для реакторов следующего поколения.
О том, как и где появилось слово «токамак», читайте в этой статье.