Точность измерений выросла втрое. Японские ученые достигли прорыва в термоядерных исследованиях
ChatGPT
LHD — это крупнейшее в мире сверхпроводящее устройство для удержания плазмы, использующее магнитную конфигурацию гелиотрона (Фото: NIFS)
Исследователи из Национального института науки о термоядерном синтезе (NIFS) в Японии сообщили о значительном прорыве в своей работе с устройством Large Helical Device (LHD) — крупнейшим в мире сверхпроводящим аппаратом для удержания плазмы.
Ученые разработали новую технику, которую назвали «электростатической линзой», и благодаря этому смогли удвоить или даже утроить эффективность одного из главных инструментов для измерения параметров плазмы. Это позволило значительно повысить точность измерений электрического потенциала внутри плазмы — одной из ключевых характеристик для будущих термоядерных реакторов.
«Достижение высокоточной и стабильной диагностики внутренней структуры потенциала в реакторных плазмах является чрезвычайно важным для дальнейших исследований и проектирования термоядерных установок», — отметили авторы исследования.
Чтобы получить энергию, подобную той, что образуется на Солнце, ученые должны удерживать плазму при температурах более 100 миллионов градусов. Для этого они используют систему Heavy Ion Beam Probe (HIBP) — она «стреляет» в плазму потоком ионов золота, чтобы измерить электрический потенциал внутри.
Однако до сих пор существовала проблема: когда ученые увеличивали силу тока в пучке, ионы начинали расширяться еще до попадания в ускоритель из-за собственного зарядового эффекта, и большинство частиц терялось.
«При высоких токах пучок расширяется из-за эффекта пространственного заряда, что приводит к значительным потерям перед входом в ускоритель», — пояснили исследователи.
Вместо дорогостоящих и сложных изменений оборудования команда предложила более простое решение. Они изменили распределение напряжения между электродами в уже имеющемся ускорителе, превратив его в электростатическую линзу, которая фокусирует поток ионов и предотвращает его рассеивание.
Моделирование показало, что такая конфигурация позволяет достичь эффективности передачи пучка более 95%.
Во время экспериментов в плазме подтвердилось, что сила пучка увеличилась в два-три раза, а система смогла фиксировать быстрые изменения электрического потенциала, когда включали или выключали различные системы нагрева плазмы.
«Метод, разработанный в этом исследовании, является практичным и компактным решением для оптимизации транспорта тяжелых ионных пучков. Его можно применять и в других системах диагностики или ускорителях, требующих мощных пучков», — подытожили авторы.
Этот прорыв приближает ученых к созданию более точных и стабильных термоядерных реакторов, которые смогут обеспечить человечество чистой и почти неисчерпаемой энергией.
