Ученые выяснили, что колебания плазмы, которые долго считали вредными для термоядерных реакторов, на самом деле способны улучшать их работу — они подавляют турбулентность и помогают удерживать тепло. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL).
Управляемый термоядерный синтез — одна из главных надежд энергетики будущего: он обещает почти неисчерпаемый источник энергии без опасных радиоактивных отходов. Чтобы «поджечь» реакцию, вещество нагревают до сотен миллионов градусов и удерживают в виде плазмы магнитными полями внутри установки-«бублика» — токамака. Главная трудность в том, что горячая плазма нестабильна: турбулентность уносит тепло из ее ядра, и реакция затухает.
Одним из «виновников» потерь считали так называемые альфвеновские моды — особые волны, которые возникают в плазме и, как полагали, лишь мешают удержанию. Исследователи под руководством Ивана Фаркаша решили проверить их роль экспериментально на американском токамаке DIII-D в Сан-Диего.
Оказалось, что вызванные этими волнами течения плазмы создают сдвиговый поток, который, наоборот, гасит турбулентность в объеме токамака. В результате температура растет, а перенос тепла наружу снижается — то есть энергия дольше остается сосредоточенной в горячем ядре плазмы, где и идет реакция синтеза.
В ходе эксперимента ученые зафиксировали изменение так называемого запаса устойчивости плазмы на 5% за 20 миллисекунд, связав его именно с действием альфвеновских мод. Открытие меняет взгляд на то, что раньше называли дефектом: возможно, эти колебания удастся использовать как инструмент для управления плазмой и повышения эффективности будущих реакторов. Впрочем, авторы подчеркивают, что до практического применения предстоит еще много работы.
Ранее ученые предупредили о надвигающихся магнитных бурях.