Ученые Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН рассчитали, как стабилизировать один из самых опасных видов неустойчивостей — баллонную. Результаты их работы опубликованы в журнале Nuclear Fusion.
Одна из задач управляемого термоядерного синтеза — достижение в различных видах магнитных ловушек, которые удерживают плазму, параметра бета, равного единице. Он определяет отношение давления плазмы к давлению магнитного поля. Если удастся сохранять этот параметр на уровне единицы, получится многократно повысить выход термоядерной реакции, что сделает возможным термоядерную энергетику. Однако этому мешают различные неустойчивости, которые развиваются в плазме.
Одна из самых досадных таких неустойчивостей — баллонная. «Это один из видов магнитогидродинамических неустойчивостей, которые на данный момент являются самыми опасными, так как быстро развиваются и имеют грубые последствия», — рассказывает главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН доктор физико-математических наук Игорь Александрович Котельников.
Если баллонное колебание мелкомасштабное, то при определенных условиях в магнитном поле оно может быть подавлено само по себе. Но с крупномасштабным, азимутальное число которого равно единице, это не сработает.
«Мы вывели уравнение, которое позволяет находить условия устойчивости этой баллонной моды с азимутальным числом m=1 и разработали программу на языке Wolfram Language, которая позволила просчитать различные способы стабилизации моды для разных профилей радиального давления и аксиального магнитного поля, в зависимости от величины зазора между плазмой и проводящей стенкой, а также формы проводящей стенки. Перебор этого большого количества вариантов позволил найти условия, когда можно стабилизировать баллонную неустойчивость при всех бета от ноля до единицы».
Теперь эти теоретические расчеты нужно проверить экспериментально, и если все подтвердится, то ученые смогут подобраться к параметру бета, равному единице.
Наиболее амбициозная цель научных исследований ИЯФ СО РАН в направлении управляемого термоядерного синтеза — создание Инфраструктурного комплекса разработки новых технологий удержания термоядерной плазмы газодинамической магнитной ловушки. Планируется, что она продемонстрирует возможность проектирования компактного, экономически и экологически привлекательного термоядерного реактора на основе магнитных ловушек открытого типа.
«Во-первых, система должна работать в стационаре, как со стороны физики плазмы, так и с инженерной точки зрения. Во-вторых, мы стремимся к максимально эффективному использованию магнитного поля, чтобы реактор был максимально компактным и был способен функционировать на альтернативных видах топлива, не содержащих тритий. Например, на дейтерии, запасы которых практически неисчерпаемые», — рассказывает заместитель директора ЯФ СО РАН доктор физико-математических наук Пётр Андреевич Багрянский.
«Наука в Сибири»
