Физики,работающие на южнокорейском токамаке KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research), смогли поставить новый мировой рекорд по времени удержания высокотемпературной плазмы в магнитном поле, который теперь составляет 70 секунд. Об этом сообщается на портале Национального института термоядерных исследований.

Токамак KSTAR предназначен для изучения и реализации длительного удержания плазмы в магнитном поле в рамках работ по проекту международного экспериментального термоядерного реактора ITER, который сейчас строится в исследовательском центре Кадараш на юге Франции. KSTAR — одна из немногих установок такого типа в мире, обладающая полностью сверхпроводящими магнитными катушками. 

В ходе прошлогодней кампании водородно-дейтериевую плазму, разогретую до температуры в 50 миллионов градусов Кельвина, удерживали в режиме Н-моды 55 секунд. Этот режим работы токамака очень важен для физиков —при нем тепловые потери плазмы резко снижаются, а температура в центре плазменного шнура нарастает при увеличении мощности дополнительного нагрева, что позволяет сильно увеличить энерговыделение и сделать установку более выгодной. Планируется, что ITER будет работать именно в таком режиме.

Внутренний вид токамака KSTAR. KSTAR

Прогресс в увеличении времени удержания плазмы в токамаке KSTAR с момента его запуска в 2008 году.

Однако для этого режима характерно возникновение неустойчивостей в плазме типа ELM (Edge-Localized Mode), которые развиваются на поверхности плазменного шнура или при срывах. EL Mы опасны тем, что создают огромную точечную тепловую нагрузку на внутрикамерные элементы токамака, такие как первая стенка или дивертор, что приводит к их деградации и разрушению. 

Развитие разряда в токамаке KSTAR. Euro-fusion.org

Этого можно избежать, если работать в режиме с внутренним транспортным барьером (ITB — InternalTransport Barrier), при котором наблюдается пониженный уровень турбулентности в плазме, а температура центральной области плазменного шнура увеличивается. В этом случае вероятность возникновения неустойчивостей существенно снижается.Этот режим удержания и был реализован учеными на токамаке KSTAR, что позволило увеличить время удержания плазмы с температурой в 50 миллионов градусов Кельвина до 70 секунд.

Сравнение профиля распределения температуры плазменного шнура в случае режима H-моды (слева) и ITB-режима (справа). Видно, что во втором случае температура в центральной части получается гораздо выше, чем в первом случае. Синим кружком отмечено место развития неустойчивости типа ELM.

В дальнейшем исследователи планируют увеличить это время, а в идеале ученые хотят научиться удерживать плазму около 300 секунд, чтобы приблизиться к тем параметрам, которые планируется получить в ITER. Первые эксперименты на нем планируется начать в 2025 году. Результатом должна стать термоядерная реакция мощностью до 500 мегаватт со временем удержания до 1000 секунд.

Автор6 Александр Войтюк