Прорыв в изучении термоядерного синтеза: учёные выяснили, как высокоэнергетические ионы влияют на стабильность плазмы в термоядерных реакторах

Международная группа учёных совершила прорыв в исследовании термоядерного синтеза — исследователи впервые детально изучили взаимодействие высокоэнергетических ионов с краевыми локализованными модами (ELM) в токамаках — установках для магнитного удержания плазмы.

Эксперименты проводились на токамаке ASDEX Upgrade в Институте физики плазмы имени Макса Планка (Гархинг, Германия).

Учёные использовали гибридный код MEGA для моделирования взаимодействия между ELM и энергетическими частицами.

На изображении показано, что происходит во время эксперимента по изучению плазмы в устройстве AUG. Рисунок a: изменения магнитного поля в плазме во время 0,2 секунды. Рисунок b: потери быстрых ионов на средней плоскости со стороны слабого поля. Рисунок c: временная эволюция потерь быстрых ионов, вызванных ELM. Рисунок d: тепловые потери частиц через внешний дивертор. Вся иллюстрация показывает крушение ELM в плазме и его влияние на потери быстрых ионов и тепловые потери частиц. Иллюстрация: Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-024-02715-6

«Мы показали, что кинетические эффекты энергетических ионов могут изменять пространственно-временную структуру краевых локализованных мод. Этот эффект аналогичен сёрферу, скользящему по волне и оставляющему на ней свой след», — объясняет ведущий автор исследования Хесус Хосе Домингес-Паласиос Дуран.

Результаты исследования имеют значение для проекта ITER — крупнейшего в мире токамака, строящегося во французском Кадараше. Учёные установили, что в будущих термоядерных установках следует ожидать интенсивного обмена энергией и импульсом между ELM и энергетическими ионами.

Открытие может способствовать оптимизации методов контроля ELM, которые, подобно солнечным вспышкам, приводят к значительным потерям частиц и энергии в плазме. «Мы могли бы использовать энергетические частицы в качестве активных регуляторов при контроле этих магнитогидродинамических волн», — отмечает Домингес-Паласиос Дуран.

Исследование проводилось в рамках европейского консорциума по термоядерному синтезу EUROfusion и открывает новые перспективы в разработке термоядерных электростанций — одного из наиболее перспективных источников энергии будущего.