Специалисты Санкт-Петербургского политехнического университета и Физико-технического института им. Иоффе совершили прорыв в изучении термоядерной энергии. Впервые в мире им удалось экспериментально проследить, как за микросекунды меняются электрическое поле и скорость вращения плазмы на периферии токамака во время так называемых малых ELM-всплесков.
Уникальные эксперименты проводились на сферическом токамаке «Глобус-М2», который позволяет разогревать плазму до температур, близких к термоядерным (до 50 миллионов градусов).
Ученые выяснили, что во время малых периферийных локализованных мод (ELM) температура электронов в приграничной зоне подскакивает в пять раз, а концентрация плазмы удваивается. Скорость ее вращения возрастает на 50%, и этот эффект, вопреки прежним теориям, проникает на несколько сантиметров вглубь, а не гасится в узком пристеночном слое.
«По отдельности малые ELM выглядят безобидно, но вместе формируют интенсивную и сложную динамику периферии плазмы. Малые ELM — это не просто ослабленные всплески, а самостоятельный динамический режим, в котором периферия плазмы живет по своим быстрым и сложным законам», — объяснил лаборант-исследователь СПбПУ Арсений Токарев.
За микросекунды исследователи зафиксировали формирование плазменных филаментов (нитевидных структур), несущихся со скоростью до 10 км/с, а также перенос и ускорение быстрых ионов.
В термоядерных установках плазма удерживается магнитным полем в Н-режиме (режиме улучшенного удержания), когда на краю образуется невидимый барьер. ELM возникают из-за колоссальной разницы давления на этом барьере и играют роль предохранительного клапана, стравливая избыточную энергию.
По словам заведующего лабораторией СПбПУ Александра Яшина, новые данные критически важны для перехода от коротких экспериментальных импульсов к долгой и непрерывной работе термоядерных реакторов будущего. Режимы с малыми ELM считаются основными кандидатами для такой работы, и понимание их физики позволит инженерам осознанно управлять нагрузками на стенки установки, делая термоядерную энергетику предсказуемой и надежной.
Ранее сибирские учёные нашли способ ускорить интернет без лишних проводов. Ученая Расторгуева предложила новую модель эмоционального интеллекта.