Дослідники, що працюють на південнокорейському токамаці KSTAR, повідомили, що змогли розігріти плазму до 120 мільйонів кельвінів та стабільно контролювати її протягом 20 секунд. Вчені змогли реалізувати на установці одразу два підходи до втримання плазми, що дало можливість знизити щільність плазми, а також знизити температуру до її країв, що допоможе стабілізувати їх та полегшити контроль. Про свій експеримент дослідники повідомили у Nature.
KSTAR
Токамак KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) працює в Національному інституті термоядерних досліджень Південної Кореї та використовується для експериментів з утримання плазми в магнітному полі, яке створюють надпровідні магніти. Фізики прагнуть навчитися утримувати плазму якомога довше, аби використовувати технологію термоядерного синтезу — виділення величезної кількості енергії у ході злиття ядер — для вироблення енергії без ядерних відходів або вуглекислого газу. І слід знайти спосіб керування плазмою такий, щоб отримана термоядерна потужність була більшою, ніж потужність, витрачена на підтримку роботи.
Обмеженням виступають самі установки, адже градієнт тиску спровокує «розліт» розжареної плазми. Цьому можна запобігти, обмежуючи тиск у стінок токамака, по краях плазми (edge transport barrier), а можна створюючи тиск у центрі плазми (internal transport barrier), що досі було складно підтримувати довго. І в новому експерименті на KSTAR дослідники вирішили поєднати два ці методи: підвищуючи температуру ближче до центру плазми та зменшуючи її до країв. Таким чином у центрі їм вдалося досягти температури у 120 мільйонів кельвінів та тримати її 20 секунд. Більше їм не могло дозволити обладнання.
Ілюстрація конфігурації плазми в токамаці. Кольорові лінії позначають температуру в кілоелектронвольтах: 10 кілоелектронвольтів приблизно дорівнюють 120 мільйонам кельвінів.H. Han et al. / Nature, 2022
Такий режим роботи фізики назвали регулюванням швидкими іонами (fast-ion-regulated enhancement, FIRE), враховуючи велику частку швидких іонів, які сприяють пом'якшенню мікротурбулентності у потоці, яка може призвести до нестабільності. Хоча фізики зазначають, що ще слід дослідити механізм, який пояснить такий вплив швидких іонів. Вчені додають, що планують продовжити експерименти із новим FIRE-режимом.
Також раніше ми розповідали, як до утримання плазми в токамаках долучили штучний інтелект. Нейромережа розробників з DeepMind успішно покерувала магнітними котушками на реальній установці.