Учёные из Национального термоядерного центра DIII-D представили новые результаты, которые могут изменить подход к созданию будущих электростанций на основе управляемого термояда. В своих экспериментах они испытали необычную конфигурацию плазмы с так называемой «отрицательной треугольностью» и добились условий, необходимых для устойчивой работы реактора. При этом удалось решить одну из главных проблем термоядерной энергетики — управление тепловой нагрузкой внутри установки.
В ходе серии экспериментов исследователи показали, что плазма с отрицательной треугольностью может быть не только стабильной, но и в ряде случаев демонстрировать характеристики, превосходящие параметры, заложенные в проекты будущих демонстрационных термоядерных реакторов. Такой результат оказался неожиданным, поскольку в научном сообществе ранее считалось, что подобная конфигурация плазмы будет менее устойчивой по сравнению с традиционной.
Токамаки используют мощные магнитные поля, чтобы удерживать вещество в состоянии плазмы — когда атомы нагреваются до миллионов градусов и распадаются на электроны и ионы. Для экономически выгодной электростанции необходимо одновременно достигать высокого давления, плотности и тока плазмы, сохраняя при этом эффективное удержание тепла. В классических установках плазма имеет D-образное сечение, а в новой схеме форма перевёрнута: выпуклая сторона обращена к внутренней стенке реактора. В опытах DIII-D такая конфигурация продемонстрировала низкий уровень нестабильности, позволив достичь требуемых параметров и при этом сохранить хорошее удержание тепла.
Отдельное значение имеют результаты, связанные с так называемым «отрывом дивертора». Это режим, при котором вблизи стенок токамака формируется охлаждённый пограничный слой, снижающий тепловую нагрузку и температуру электронов на поверхности материалов. Обычно сочетание горячего ядра и холодных краёв плазмы приводит к нестабильностям, но в новой конфигурации учёным удалось совместить эти условия без разрушительных эффектов. Таким образом, появилась перспектива комплексного решения проблемы одновременного управления центральной зоной и краем плазмы.
Как отмечают исследователи, отрицательная треугольность также лучше подавляет плазменные возмущения, которые выбрасывают энергию и частицы и могут повреждать стенки реактора. Это делает метод особенно перспективным для будущих энергетических установок. Сейчас учёные активно используют компьютерное моделирование, чтобы подтвердить полученные данные и масштабировать их для промышленных термоядерных проектов.