Научное сообщество заинтересовала новость об открытии процесса стабилизации термоядерной плазмы. Чтобы запустить реакцию термоядерного синтеза на Земле, раскаленную плазму нужно защитить от внешних воздействий. Ученые из Принстонской лаборатории физики плазмы при Министерстве энергетики США разобрались, как предотвратить наиболее опасные срывы.

В основе открытия физиков Принстонской лаборатории лежат так называемые разрывные моды. Это участки нестабильности в плазме, которые создают магнитные острова — источники плазменных срывов. Эти напоминающие пузыри острова разрастаются и запускают разрушительные явления, из-за которых реакция синтеза прекращается, а токамак получает повреждения, пишет Phys.org.

Еще в 70-80-х годах прошлого века физик-теоретик Алан Райман обнаружил, что использование радиочастотных волн для направления движения плазмы может стабилизировать разрывные моды и снизить риск срывов. Тогда, однако, он и его коллеги не обратили внимания на то, что небольшие пертурбации в температуре плазмы могут улучшить процесс стабилизации, как только достигнут порог мощности.

Сейчас Райман и его коллега Нэт Фиш фактически вернулись назад на 35 лет и продолжили нить рассуждения.

Их нынешние выводы очень важны для достижения термоядерного синтеза. Райман и Фиш открыли, что общее воздействие процесса температурных колебаний создает концентрацию высокочастотной мощности внутри острова, которая сдерживает его рост. Когда она достигает порогового значения, происходит температурный скачок, который серьезно усиливает стабилизационный эффект.

Это позволяет контролировать магнитные острова очень большого размера, что раньше считалось невозможным.

Открытие американских физиков может оказаться особенно значимым для проекта ITER — международного токамака, строящегося на территории Франции. Сейчас ученые планируют изучить открытый ими механизм во всех деталях и провести серию экспериментов.

Профессор НИЯУ МИФИ Пустовитов Владимир Дмитриевич прокомментировал разработку ученых из Принстонской лаборатории физики плазмы: «Что касается этого «открытия», то на самом деле его масштаб значительно меньше. Речь идет о том, что тиринг-моды, которые в новостном материале названы «разрывные моды», «участки нестабильности в плазме, которые создают магнитные острова», действительно могут приводить к срывам иногда раньше, чем другие причины. В таких режимах плазма становится лучше, если тиринг-моду как-то стабилизировать. Как? Существует несколько методов, они изучались теоретически и опробовались экспериментально. Достигается некий успех. Но есть и другие физические механизмы, приводящие к срывам. Стабилизация тиринг-мод не отменяет их.

Допустим, какой-то врач вырвет пациенту все зубы и заявит ему после этого, что теперь от болезней, связанных с кариесом, он точно не умрет. Если убрать слова «связанных с кариесом», то и звучание станет более пафосным. Именно так и трактуют журналисты работы Раймана. Но устранение одной из болезней не означает абсолютного здоровья плазмы.

Что касается работы американских ученых под руководством известного и очень квалифицированного теоретика Раймана, то в ней получены интересные результаты частного характера. Пусть для очень узкой области, в рамках упрощенной модели, все равно они молодцы. Все мы, включая американцев-авторов, понимаем, что проблемы с плазмой в токамаках гораздо масштабнее. Не только тиринг-моды, а и другие причины (разные неустойчивости, эволюция профилей из-за невозможности полного контроля плазмы, из-за поступающих примесей, даже из-за малых возмущающих полей при колебаниях тока в сети и прочее) могут приводить и приводят к срывам при работе выше некоторых, к сожалению невысоких, пределов. Тиринг-моды лишь малая часть существующих проблем. Есть ли выход? Возможно, нужно сделать токамак в 5-10 раз больше ИТЭРа и работать в ненапряженных режимах. Но сейчас это невозможно, трудно и дорого.

Несколько легковесный подход журналистов Хайтек+ к теме виден и в других деталях. Взгляните, например, на пассаж: «Чтобы запустить реакцию термоядерного синтеза на Земле, раскаленную плазму нужно защитить от внешних воздействий». Означает ли это, что мы должны отключить магнитное поле в токамаке, ее нагрев внешними источниками? Это было бы чудо – спокойная плазма (без срывов) без внешнего воздействия. Не путать со взрывом водородной бомбы, наши цели – управляемый термоядерный синтез.

Кстати, и самое первое предложение в работе A.H. Reiman and N.J. Fisch, Suppression of Tearing Modes by Radio Frequency Current Condensation, PHYSICAL REVIEW LETTERS 121, 225001 (2018) говорит о стабилизации плазмы с помощью внешнего источника энергии. Повторюсь, что авторами дано лишь решение частной задачи для одной из возможных неустойчивостей. Токамак по-прежнему остается сложной системой, ИТЭР это уникальная установка, мы многое должны узнать, когда он будет построен».

https://mephi.ru/content/news/1387/129904/?sphrase_id=11993542