Новости 14 июля 2017

Обнародованы подробности о рекордном запуске китайского токамака

Китайские физики, работающие на токамаке EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak), побили мировой рекорд по времени удержания высокотемпературной плазмы в магнитном поле, составлявший 70 секунд. В ночь на 3 июля 2017 года им удалось удерживать плазменный шнур в стабильном состоянии более 100 секунд. Об этом сообщается на сайте Китайской Академии Наук.

На EAST не планируется зажечь полноценную термоядерную реакцию с тритием — параметры установки не позволяют это сделать. Однако на нем можно проводить разнообразные исследования, связанные с исследованием поведения высокотемпературной плазмы и поиска оптимальных режимов удержания, в том числе для будущих термоядерных реакторов ITER И DEMO. Это одна из немногих термоядерных установок в мире, обладающая полностью сверхпроводящей магнитной системой, созданной на основе ниобий-титановых сверхпроводников. 

Различные конфигурации магнитного поля в токамаке EAST при разных временах удержания плазмы (справа), и вид внутренней части вакуумной камеры во время горения разряда (слева). Центральная часть плазменного шнура в оптическом диапазоне не видна, свечение исходит из периферийных областей с более холодной плазмой, содержащей примеси. Photo: EAST Team

В ходе рабочей кампании EAST 2017, которая продлится еще месяц, плазму, разогретую до температуры в 46 миллионов градусов Кельвина, удерживали в режиме Н-моды 101.2 секунды. Этот режим работы токамака очень важен для термоядерной энергетики — при нем тепловые потери плазмы резко снижаются, а температура в центре плазменного шнура нарастает при увеличении мощности дополнительного нагрева, что позволяет сильно увеличить энерговыделение и сделать установку более выгодной. Планируется, что международный экспериментальный реактор ITER будет работать именно в таком режиме. Кроме того, в нижней части вакуумной камере был установлен активно охлаждаемый ITER-подобный моноблочный вольфрамовый дивертор (устройство, служащее для удаления из плазмы примесей, в том числе гелия, и съема тепловой энергии), а стенки реактора целиком сделаны из металла, что дает дополнительное сходство с условиями будущих термоядерных реакторов.

Физикам удалось не просто удерживать плазму в течение длительного времени — рекорд был достигнут при работе в полностью неиндуктивном режиме поддержания тока плазмы за счет волновых методов нагрева, таких как LHCD, ICRF и ECRH. Они основаны на явлении поглощении частицами в плазме энергии радиоволн на определенных частотах, называемых резонансными. Это важная составляющая успеха для работы промышленного термоядерного реактора — в этом случае на длительность импульса не будут сильно влиять ограничения со стороны реактора, и ее можно значительно увеличить. Через 20 секунд после зажигания разряда, по заявлению физиков, все параметры плазмы пришли в достаточно стабильное состояние, вплоть до конца эксперимента.

Это весьма неплохие результаты, которые пока, правда, не дотягивают до параметров, необходимых для работы промышленного термоядерного реактора. В дальнейшем физики планируют увеличить температуру плазмы и время удержания, причем не только в рамках работ для реактора ITER, но и по программе создания китайского экспериментального термоядерного реактора CFETR (China Fusion Engineering Test Reactor), первые эксперименты на котором планируется начать в 2030 году. Вторая серия экспериментов на токамаке EAST начнется уже осенью этого года.

Ранее мы рассказывали о первой плазме в новом английском токамаке ST40, принадлежащем частной компании, о переводе импульсного термоядерного синтеза на жидкое топливо, а также об успехах нового немецкого экспериментального термоядерного реактора Wendelstein 7-X.