Новые рекорды российского токамака

18 марта в Звенигороде (Московская область) начала работу 51-я конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу. Курчатовский институт — один из основателей и лидеров этого направления в отечественной науке.

В частности, в мае 2021 года в НИЦ "Курчатовский институт" состоялся физический пуск крупнейшего отечественного токамака Т-15МД. Уже в марте 2023-го был произведен энергетический пуск установки и получена первая высокотемпературная плазма. Ток плазмы в первых разрядах составлял всего 30 кА. В конце того же года состоялась вторая экспериментальная кампания: специалистам удалось поднять ток плазмы почти в 10 раз — до 260 кА, разряды длились более двух секунд. Температура электронной компоненты плазмы составила порядка 40 млн градусов, что в два раза превышает температуру в центре Солнца.

В прошедшем 2024 году на токамаке Т-15МД были получены новые впечатляющие результаты. О них рассказывает Наталья Кирнева, руководитель отделения экспериментальной физики токамаков ККТЭиПТ НИЦ "Курчатовский институт":

— После того как установка продемонстрировала свою жизнеспособность, мы продолжили работу над увеличением тока плазмы. Почему это так важно? Все дело во времени удержания энергии. С увеличением тока плазмы оно также растет, поэтому режимы с более высоким током оказываются предпочтительными для реакторов. Осенью 2024 года ток плазмы уже превысил 500 кА, что почти в два раза выше нашего предыдущего рекорда. Мы идем вперед очень быстро. Обычно на достижение подобных результатов уходят годы.

В первых экспериментах поперечное сечение плазменного шнура в Т-15МД имело круглую форму. Критерий устойчивости, открытый в 50-х годах прошлого века одновременно советским физиком-теоретиком Виталием Дмитриевичем Шафрановым и американским физиком Мартином Крускалом, ограничивает максимально достижимый ток плазмы. Для его увеличения при сохранении запаса устойчивости плазмы необходимо перейти от круглого к D-образному сечению — "эллипсу". В 2024 году нам удалось получить плазму с параметром вытянутости более 1,5 и удержать ее почти секунду. Это позволит в дальнейшем расширить рабочий диапазон токов плазмы в 2–3 раза!

Кроме того, для достижения плазмы с термоядерными параметрами необходимо создать особенную конфигурацию магнитного поля, чтобы уменьшить поступление примесей со стенок камеры в плазменный разряд и в то же время снизить потоки энергии и частиц на стенки вакуумной камеры. Такую конфигурацию принято называть диверторной. В прошедшей кампании нам удалось получить первые режимы, в которых диверторная конфигурация была сформирована.