Специалисты Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого и Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН стали первыми, кто на практике установил изменения электрического поля и скорости вращения плазмы на краю термоядерной установки в период малых ELM-всплесков. Это дает возможность физикам лучше осознать и описать с помощью математики явления, протекающие на границе плазмы, чтобы в перспективе управлять ими в будущих термоядерных реакторах.
Испытания шли на сферическом токамаке «Глобус-М2», отмечает ТАСС. В ходе экспериментов выяснилось, что при ELM-всплесках стремительно увеличиваются температура и плотность плазмы на границе, меняются токи за ее пределами, ускоряются быстрые ионы и теряются надтепловые электроны, а также образуются плазменные филаменты. Скорость вращения плазмы возрастает, и это влияние проникает на несколько сантиметров вглубь, а не концентрируется в узкой зоне ELM, как предполагалось в прошлом.
По словам экспертов, все эти процессы происходят за доли секунды. В отдельности малые ELM кажутся неопасными, но в совокупности они создают активную и сложную динамику на периферии плазмы. Ученые установили, что малые ELM представляют собой отдельный динамический режим, подчиняющийся своим стремительным и запутанным правилам. В таких установках плазма удерживается магнитным полем в Н-режиме, создавая на краю невидимый защитный слой для сохранения тепла.
В период малых ELM температура электронов на периферии возрастает в 5 раз, а плотность плазмы — в 2 раза. Скорость вращения плазмы увеличивается на 50 процентов. Было также замечено ускорение быстрых ионов и появление плазменных филаментов, которые перемещаются на скорости до 10 километров в секунду.
Полученные результаты имеют важное значение для перехода от коротких испытательных импульсов к постоянной работе термоядерных установок в будущем. Режимы с малыми ELM рассматриваются как главные претенденты на эту роль. Новое понимание физических процессов даст инженерам возможность осознанно контролировать нагрузку на стенки устройств, обеспечивая предсказуемость и надежность термоядерной энергетики, сообщает ТАСС.