Новый эксперимент с реактором типа токамак, то есть тороидальной камерой с магнитной катушкой, завершился успехом. Плазму удалось удерживать дольше одной минуты.
Необходимость регулирования экстремальных тепловых нагрузок в токамаке
Впервые исследовательская группа продемонстрировала в условиях металлических стенок плазменный режим, который одновременно обеспечивает частичное отделение дивертора, режим высокого удержания (H-режим) без граничных локализованных моментов (ELM) и высокие показатели пьедестала. Этот комплексный режим поддерживался в течение нескольких минут. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Команду возглавлял профессор Сюй Гошен из Института физики плазмы при Институте физических наук г. Хэфэй Китайской академии наук.
Для управляемого ядерного синтеза необходимо регулировать экстремальные тепловые нагрузки на пластины дивертора, одновременно поддерживая стабильность плазмы. Хотя примесные газы могут уменьшать тепло дивертора путем отрыва, чрезмерное охлаждение может повредить край плазмы, а плазмы H-режима подвержены внезапным, разрушающим ELM. Достижение стационарного режима, решающего обе проблемы, являлось главной международной целью.
В этой работе команда контролировала введение легких примесных газов для создания на токамаке EAST нового режима плазмы, получившего название «режим обособленного дивертора и пьедестала, характеризующегося турбулентностью» (DTP).
Благодаря точной регулировке ввода газа в режиме реального времени команда достигла частичного отделения дивертора, сохраняя при этом стабильность плазмы. В этом режиме тепловой поток пластин дивертора был значительно уменьшен, ELM были полностью подавлены, а температура электронов на пьедестале значительно возросла, что улучшило общее содержание энергии.
Удержание плазмы в течение минуты
Частичное отделение в сочетании с закрытой геометрией дивертора, удерживаемыми и перекачиваемыми нейтральными частицами, уменьшило охлаждение пьедестала и усилило температурный градиент.
Усиленный градиент привел к возникновению микротурбулентности, определенной как режимы удержанных электронов, управляемые температурным градиентом, которые естественным образом транспортировали частицы и тепло наружу.
Этот канал транспорта ограничил нарастание давления в пьедестале, предотвратил возникновение предельных локализованных режимов и обеспечил стабильную плазму с высокими характеристиками в течение минуты — это важный шаг на пути к стабильной работе термоядерного синтеза с длинными импульсами.
По мнению команды, это исследование предлагает потенциальное решение давней проблемы балансировки управления тепловой нагрузкой дивертора с эффективным содержанием плазмы.
По материалам phys.org
