Учёные из Института проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН (далее – ИПУ РАН) и Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН совместно с Физическим факультетом МГУ им. М.В. Ломоносова опубликовали обзор на тему: «Управление плазмой в токамаках» в журнале «Проблемы управления/Control Sciences».
Статья посвящена различным концепциям перспективных токамаков, т.е. установок длямагнитного удержания плазмы с целью достижения условий, необходимых для протеканияуправляемого термоядерного синтеза.
В информации проведена классификация современных токамаков, рассмотрена эволюция от круглых и вытянутых токамаков в вертикальном поперечном сечении с большим аспектным отношением (отношение большого радиуса токамака к малому) до токамаков с малым аспектным отношением, вплоть до сферических.
Кроме того, особое внимание уделено методам измерения характеристик плазмы, исполнительным устройствам, применяемым как при магнитном, так и при кинетическом управлении плазмой, а также для её дополнительного нагрева. Рассмотрены магнитные и кинетические модели плазмы, неустойчивости и срывы плазменного шнура.
По мнению ученых, токамаки, являющиеся инструментом получения управляемой термоядерной реакции, приобретают все большее значение в современном мире. Это не единственные, но на сегодняшний момент наиболее перспективные установки для удержания высокотемпературной плазмы и получения термоядерной реакции.
Директор ИПУ РАН Дмитрий Новиков отметил, что в ближайшие десятилетия у человечества возникнет проблема энергетического дефицита. Перспективный вариант ее решения, по мнению ученого, это управляемый термоядерный синтез, на пути развития которого стоят сложные технологические задачи, в том числе автоматического управления плазмой. «Наш институт обладает огромным опытом решения задач управления сложными многоуровневыми динамическими системами. А его сотрудники в сотрудничестве со своими российскими и зарубежными коллегами своими исследованиями вносят большой вклад в решение энергетической проблемы», - подчеркнул он.
К числу научно-технических задач, связанных с управлением плазмой в токамаках, которые входят в компетенцию ИПУ РАН, относятся:
- построение динамических моделей плазмы по экспериментальным данным;
- восстановление равновесия плазмы (распределения тороидального тока и магнитного полоидального потока, положения сепаратрисы) по измерениям вне плазмы;
- построение кинетических моделей плазмы: эволюции профилей тока плазмы, запаса устойчивости q, давления, температуры;
- разработка методов, алгоритмов и систем магнитного и кинетического управления плазмой;
- математическое моделирование процессов в плазме токамака и системах управления ею;
- внедрение систем управления плазмой в практику физического эксперимента, в частности, сферического токамака Глобус-М2 (ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН).