Завершается модернизация сферического токамака «Глобус-М» – уникальной установки ФТИ РАН.
Токамак – это сокращение от «ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками». С помощью такой установки можно управлять термоядерным синтезом – процессом слияния легких ядер дейтерия или трития.
Задача непростая: для запуска реакции необходимо преодолеть электростатическое отталкивание одинаково заряженных ядер и сблизить их до расстояний, на которых заработают ядерные силы притяжения. Чтобы получаемая в результате энергия была выше затрачиваемой, плазма должна быть очень горячей (больше 100 млн градусов) и плотной (свыше 1015 частиц/см3). Однако такая плазма в магнитном поле неустойчива, поэтому нужно подобрать подходящий режим работы, чтобы удержать её внутри камеры токамака.
Российский комплекс «Глобус-М2» – это бывший «Глобус-М», который работает в Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе РАН с 1999 года и входит в мировую тройку ведущих установок такого рода. Это первый и единственный в России и один из первых в мире сферических токамаков. В 2017 году сотрудники ФТИ при участии специалистов Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН проводят модернизацию установки. Ее цель – в 2-2,5 раза увеличить магнитное поле и ток в плазме, нужный для ее разогрева и удержания. Кроме того, будет установлен второй инжектор высокоэнергичных пучков атомов, обеспечивающих дополнительный нагрев.
В результате модернизации токамака «Глобус-М» существенно, в несколько раз, возрастут температура и плотность плазмы, а установка по удельной мощности нагрева плазмы выйдет на лидирующие позиции. Таким образом, появится возможность воспроизводить условия, близкие к тем, что возникнут в пристеночной области будущего реактора ИТЭР, запуск первой плазмы в котором планируется в 2025 году.
Международный экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР – один из самых крупных исследовательских проектов XXI века. ИТЭР может стать новым источником энергии, более безопасным и эффективным, чем современные атомные электростанции. ФТИ им. А.Ф. Иоффе отвечает за разработку трех диагностических систем для этой установки. Аппаратуру для ИТЭР можно будет испытывать на токамаке «Глобус-М2» уже сейчас. Данные, полученные на современных токамаках по всему миру, позволяют лучше понять фундаментальные процессы и подготовить базу для успешного создания термоядерного реактора.
Принцип работы токамака основан на термоядерном синтезе, том же процессе, что происходит в центре Солнца. Звезды, в том числе и наше Солнце – это естественные термоядерные реакторы. В недрах Солнца вещество колоссальной плотности раскалено до 15 млн градусов Цельсия.
Чтобы создать такие условия на Земле, в начале 1950-х годов советские физики Андрей Сахаров и Игорь Тамм разработали идею токамака. В нем сверхпроводящие электромагниты окружают тороидальную (в форме бублика, пустого внутри) вакуумную камеру и создают в ней тороидальное магнитное поле, которое вместе с полем тока и удерживает раскаленную плазму на некотором удалении от стенок камеры.
О текущем состоянии реализации российского проекта рассказано в статье, опубликованной в журнале Nuclear Fusion.
