Группа японских исследователей из Национального института квантовой науки и технологии и Национального института термоядерных исследований разработала новый метод для удержания плазмы внутри термоядерного реактора. Капсула из водорода, смешанного с 5% неона, позволяет эффективно охлаждать плазму с температурой около 100 000 000°С, предотвращая «разрывы».
«Разрыв» — это резкое прекращение магнитного удержания высокотемпературной плазмы при возникновении нестабильностей внутри нее. Это серьезная проблема для термоядерных реакторов. Разрушение вызывает попадание высокотемпературной плазмы на внутреннюю поверхность области, в которой она удерживается, что приводит к повреждению конструкции реактора.
В качестве контрмеры ученые исследуют методы принудительного охлаждения плазмы при обнаружении признаков нестабильности. С помощью теоретических моделей и экспериментальных измерений физики восстановили динамику плотного плазмоида, который формируется вокруг ледяной гранулы. Они определили физические механизмы, которые влияют на системы охлаждения.
В качестве базовой стратегии ученые используют ледяные гранулы водорода, замороженные при температуре ниже 10 K, и вводящие их в высокотемпературную плазму. Добавленный лед тает с поверхности, испаряется и ионизируется за счет нагрева окружающей высокотемпературной плазмы, образуя вокруг льда слой низкотемпературной высокоплотной плазмы.
Охлаждение плазмы с помощью чистого водорода (в центре) и капсулы с добавлением неона. Изображение: National Institute for Fusion Science
Такой низкотемпературный плазмоид высокой плотности смешивается с основной плазмой, температура которой при этом снижается. Но при использовании чистого водородного льда плазмоид выбрасывается за пределы пучка до того, как он сможет смешаться с целевой плазмой, что делает его неэффективным для охлаждения высокотемпературной плазмы глубже под поверхностью.
В исследовании физики обнаружили, что при использовании легированного неоном водорода подавляло выброс плазмоида. Кроме того, эксперименты подтвердили, что неон играет полезную роль в эффективном охлаждении плазмы.
