Плазменные ускорители можно использовать для термоядерного синтеза – ученые РФ - «Образование»

Фото: Андрей Козлов

Российские ученые доказали, что на существующих плазменных ускорителях можно добиться такой скорости потоков плазмы, которая необходима для начала реакции термоядерного синтеза в магнитных ловушках, сообщает пресс-служба Российского научного фонда. 

Результаты работы опубликованы в журнале Plasma Physics and Controlled Fusion. 

В РНФ отметили, что управляемый термоядерный синтез может стать эффективным источником энергии. В настоящее время существует множество различных типов магнитных ловушек различных конструкций, в которых плазма удерживается с помощью сильного магнитного поля. Для начала реакции плазму требуется нагреть до высокой температуры. С другой стороны, можно вложить энергию в плазму, разогнав ее до необходимой скорости (порядка 1500 км/с) еще до попадания в магнитную ловушку. При этом ускорить требуется весь поток, а не только отдельные частицы, что довольно трудно сделать. 

Один из авторов исследования, заведующий сектором в ФИЦ Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН, доктор физико-математических наук Андрей Козлов сообщил, что с аналогичными проблемами сталкиваются и зарубежные ученые. Например, американские физики на плазменных пушках добились скорости отдельных плазменных сгустков в пределах 200 км/с, в то время как на отечественных установках были получены скорости потока плазмы на уровне 400 км/с. Скорость потока плазмы, которой удается достичь на современных плазменных ускорителях, недостаточна. Увеличить ее сложно, так как при этом возрастают затраты на эксперименты и нагрузки на элементы установок. 

Авторы исследования доказали, что добиться необходимой скорости потока плазмы можно и на современном оборудовании. Для этого необходимо уменьшить концентрацию газа, который подается «на входе» в первую ступень ускорителя, где происходит ионизация газа и предварительное ускорение образовавшейся плазмы.

«Для того чтобы на данной установке добиться большего ускорительного эффекта, нужно увеличивать разрядные токи до 2,5, а то и 6 мегаампер, но при таких токах конструкция просто сгорит. Поэтому токи должны быть разумными, такими, какие есть, а надо всего лишь уменьшить концентрацию», - сказал Козлов. 

При расчетах исследователи использовали мощности суперкомпьютера К-100, созданного в Институте прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН совместно с ФГУП НИИ «Квант». Ученые меняли условия численного эксперимента и такие параметры, как концентрация и температура на входе, размеры установки и разрядный ток, и наблюдали, как меняются характеристики плазмы на выходе из плазменного ускорителя.