Китайские физики заявили, что смогли приблизиться к давней мечте токамаков: поднять плотность плазмы далеко выше привычного «потолка» и при этом не сорвать разряд в разрушительные неустойчивости. Эксперимент провели на установке EAST, полностью сверхпроводящем токамаке, который часто называют китайским «искусственным солнцем».
Команда сообщает, что впервые в экспериментах на EAST удалось зайти в так называемый «режим без ограничения по плотности» (density-free regime), который раньше существовал в основном как теоретическая идея. В этой области параметров плазма сохраняет устойчивость даже при плотностях, заметно превышающих эмпирические пределы, на которых традиционно «упираются» токамаки. По словам профессора Чжу Пина из Хуачжунского университета науки и технологий, результат указывает на практический и масштабируемый путь расширения границ по плотности для токамаков и будущих термоядерных установок с горящей плазмой.
Ключом стала новая схема выхода на высокую плотность уже в самом начале разряда. Исследователи совместили контроль стартового давления подаваемого газа с электронно-циклотронным нагревом на стадии запуска. Это позволило с первых секунд лучше «настроить» взаимодействие плазмы со стенками камеры: снизить загрязнение примесями, уменьшить потери энергии и избежать накопления нежелательных частиц. В итоге к концу стадии старта плазму удалось довести до настолько высокой плотности, что она вошла в теоретически предсказанный режим и оставалась стабильной.
Почему плотность так важна, легко объяснить на пальцах. Для реакций дейтерий-тритий плазму нужно разогреть до оптимальных температур порядка 13 кэВ, это примерно 150 миллионов градусов. А термоядерная мощность при таких условиях растет как квадрат плотности топлива. То есть чем больше частиц удается удержать в плазме без потери устойчивости, тем ближе установка к режимам, где уже можно говорить о «зажигании» и реальной энергетической отдаче.
EAST в последние годы регулярно становится источником рекордов и методических прорывов. В 2024 году установка удерживала стационарный разряд в режиме улучшенного удержания 1 066 секунд, тогда как предыдущий рекорд 403 секунды также принадлежал EAST и был установлен в 2023-м. Теперь к этому списку добавилась еще одна цельная демонстрация: плотность в токамаке, похоже, можно поднимать значительно выше привычных границ, если правильно «подготовить» плазму с самого старта и удержать под контролем ее контакт со стенками.