Внутрішній вид токамака KSTAR
Фізики, що працюють на південнокорейському токамаке KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research), змогли поставити новий світовий рекорд за часом утримання високотемпературної плазми в магнітному полі, який тепер становить 70 секунд. Про це повідомляється на порталі Національного інституту термоядерних досліджень.
Токамак KSTAR призначений для вивчення і реалізації тривалого утримання плазми в магнітному полі в рамках робіт за проектом міжнародного експериментального термоядерного реактора ITER. який зараз будується в дослідницькому центрі Кадараш на півдні Франції. KSTAR - одна з небагатьох установок такого типу в світі, що володіє повністю сверхпроводящими магнітними котушками.
В ході торішньої кампанії воднево-дейтерієву плазму, розігріту до температури в 50 мільйонів градусів Кельвіна, утримували в режимі Н-моди 55 секунд. Цей режим роботи токамака дуже важливий для фізиків - при ньому теплові втрати плазми різко знижуються, а температура в центрі плазмового шнура наростає при збільшенні потужності додаткового нагріву, що дозволяє сильно збільшити енерговиділення і зробити установку більш вигідною. Планується, що ITER буде працювати саме в такому режимі.
Однак для цього режиму характерно виникнення нестійкостей в плазмі типу ELM (Edge-Localized Mode), які розвиваються на поверхні плазмового шнура або при зриви. ELMи небезпечні тим, що створюють величезну точкову теплове навантаження на внутрішньокамерного елементи токамака, такі як перша стінка або дивертор, що призводить до їх деградації і руйнації.
Розвиток розряду в токамаке KSTAR
Цього можна уникнути, якщо працювати в режимі з внутрішнім транспортним бар'єром (ITB - Internal Transport Barrier), при якому спостерігається знижений рівень турбулентності в плазмі, а температура центральної області плазмового шнура збільшується. У цьому випадку ймовірність виникнення нестійкостей істотно знижується. Цей режим утримання і був реалізований вченими на токамаке KSTAR, що дозволило збільшити час утримання плазми з температурою в 50 мільйонів градусів Кельвіна до 70 секунд.
Порівняння профілю розподілу температури плазмового шнура в разі режиму H-моди (зліва) і ITB-режиму (праворуч). Видно, що в другому випадку температура в центральній частині виходить набагато вище, ніж в першому випадку. Синім гуртком відзначено місце розвитку нестійкості типу ELM.
Надалі дослідники планують збільшити цей час, а в ідеалі вчені хочуть навчитися утримувати плазму близько 300 секунд, щоб наблизитися до тих параметрів, які планується отримати в ITER. Перші експерименти на ньому планується почати в 2025 році. Результатом повинна стати термоядерна реакція потужністю до 500 мегават з часом утримання до 1000 секунд.