Исследователи отмечают, что их выводы будут актуальны применительно к ITER, строящемуся сейчас во Франции Международному экспериментальному термоядерному реактору. ITER должен впервые продемонстрировать выделение энергии в количествах, которые превосходят затраты на разогрев плазмы до миллионов градусов. Если эта цель будет достигнута, следующим шагом станет уже строительство опытной термоядерной электростанции. Термоядерная энергия, в отличие от ядерной, выделяется не при делении ядер радиоактивных элементов, а в результате слияния легких атомов, например дейтерия и трития, двух изотопов водорода. В качестве продуктов реакции получается только безобидный гелий, так что из радиоактивных отходов термоядерная электростанция оставит только собственные облученные конструкции. Другим важнейшим ее преимуществом в сравнении и с АЭС, и с ТЭС можно назвать доступность топлива. Дейтерия много в обычной воде, а тритий получается при облучении нейтронами лития — этот процесс можно проводить в том числе на самом термоядерном реакторе.
Препятствием на пути к чистой и доступной энергии является высокая температура плазмы, в которой протекает реакция слияния ядер. Для достижения этой температуры физики с 1950-х годов пытались использовать множество разных вариантов, и одним из наиболее перспективных стал токамак — тороидальная камера с магнитными катушками. Эта схема, предложенная в начале пятидесятых годов Андреем Сахаровым и Игорем Таммом, предлагает свернуть плазменный шнур в подвешенный внутри вакуумной камеры бублик. Именно создатели токамаков подошли ближе всего к порогу, разделяющему опытные установки для изучения плазмы и промышленные реакторы, но и в них ученые столкнулись с рядом проблем. Например, плазма периодически норовит схлопнуться — в ней развивается неустойчивость.
Подробнее про разные типы термоядерных реакторов можно прочитать в статье «Синтезировать солнце».
В своей статье, опубликованной в Physical Review Letters, двое исследователей из Принстонской лаборатории физики плазмы рассмотрели появление неустойчивости, которая сопровождается изменениями как магнитного поля (это называют «магнитным островом»), так и температуры в плазменном торе. Ученые обратились также к процессу разогрева плазмы радиоволнами, поскольку еще с 1970-х годов такой подогрев использовался в том числе и для борьбы с неустойчивостями. Рассмотрев локальные изменения температуры, величину протекающего через плазму электрического тока и мощность подводимого к плазме радиоволнового излучения, физики выделили ряд важных для управления плазмой взаимосвязей. «Когда вкладываемая в магнитный остров мощность превышает критический уровень, температура скачком увеличивается, и это сильно увеличивает стабилизирующий эффект — настолько, что мы можем подавлять больше неустойчивости, чем считалось возможным», — говорит Аллан Рейман, один из авторов исследования.
Исследователи обращают внимание на то, что их выводы напрямую затрагивают ITER. «Мы буквально вернулись на 35 лет назад, к нашей старой идее, и развили ее дальше, обратившись к большим масштабам и снова погрузившись в захватывающий мир физики положительных обратных связей, — добавляет Нат Фиш, соавтор Реймана. — Похоже, что наши выводы могут быть очень важны для программы токамаков сегодня».
Алексей Тимошенко
