Сотрудница Принстонской лаборатории физики плазмы Министерства энергетики США использовала высокоточное компьютерное моделирование для исследования практичности метода коаксиальной спиральной инжекции (КСИ). Оно показало, что КСИ может непрерывно производить ток в мощных токамаках и создавать стабильную термоядерную плазму. Статья исследовательницы опубликована в журнале Physics of Plasmas.

Термоядерный синтез представляет собой процесс «сплавления» легких элементов в более тяжелые с выделением огромного количества энергии. До сих пор ученые бьются над созданием стабильного процесса термоядерного синтеза, в ходе которого выделялось бы больше энергии, чем потреблялось. Исходные вещества в таких реакторах находятся в форме плазмы — горячего заряженного состояния материи, состоящего из свободных электронов и атомных ядер.

Препятствует проведению термоядерных реакций внутри токамаков то, что при импульсном нагреве происходит возникновение тока в плазме, который помогает создавать ограничивающие магнитные поля. Такие импульсы затрудняют устойчивое производство энергии в ходе синтеза. Для решения этой проблемы физики разработали метод, известный как переходная коаксиальная спиральная инжекция для создания не импульсного тока.

Метод КСИ заменяет соленоид — электромагнит, который индуцирует ток в современных токамаках. Этот метод основан на производстве критического тока с помощью создания плазмоидов — магнитных «пузырьков» — в плазме. Моделирование подтвердило, что инжекция плазмоидов может создать ток, который производит ограничивающие поля. Кроме того, было показало, что плазмоиды останутся неповрежденными даже при столкновении с нестабильностями в потоке плазмы. В будущем ученые планируют имитировать запуск КСИ в максимально приближенных к реальности условиях.

«Это немного сложнее, — отмечает Эбрахими. — Но прямо сейчас моделирование показывает, что КСИ — это надежный метод, который может быть использован в термоядерных установках по всему миру, поскольку в них начинают применяться более сильные магнитные поля».