Российские физики описали механизм появления в термоядерных реакторах-токамаках так называемой униполярной дуги - электрического дугового разряда, который способен "прогрызть" стенку реактора, сообщает пресс-служба Физического института имени Лебедева РАН (ФИАН).
"Униполярная дуга - это подвид вакуумной дуги, то есть электрического разряда в вакууме. Разница в том, что катод здесь является одновременно и катодом и анодом, и поэтому униполярная дуга похожа на фонтан, то есть электроны, вылетая из катодного пятна, возвращаются на поверхность, циркулируя, как вода в фонтане", - объясняет научный сотрудник Лаборатории импульсных процессов ФИАН Михаил Цвентух.
По его словам, в термоядерных установках очень хорошие вакуумные условия, униполярная дуга возникает очень легко и буквально "прогрызает" одну из стенок токамака. Это явление остается одной из множества проблем, препятствующих созданию промышленных термоядерных реакторов.
Исследовать униполярную дугу крайне сложно, поскольку очень мало известно об условиях, способствующих их возникновению. Исследователи из Нагойского университета использовали для этого линейную плазменную машину NAGDIS-II.
Цвентух и его коллега из Института общей физики имени Прохорова РАН (ИОФАН) Сергей Баренгольц проанализировали работы японских коллег и смогли найти объяснение наблюдаемым в них явлениям.
Рассмотрев несколько модельных задач, российские физики показали, что источником эрозионной ("разъедающей") плазмы в униполярных дугах являются выбросы электронов, вырывающихся из материала порциями или эктонами. При этом процесс будет длиться тем дольше, чем больше эктонов возникло при инициировании дуги.
Также они установили, что с учетом характеристик поверхности и энергии выбросов сгустков плазмы, униполярные дуги могут образовываться и при более низких температурах плазмы.
Новые данные о механизме появления униполярной дуги должны помочь разработчикам международного термоядерного реактора ИТЭР (ITER). Одним из возможных решений этого вопроса является снижение активности плазмы и ее воздействия на стенку токамака с помощью сетки из нановолокон, вольфрамового "пуха".