Новосибирские физики разогрели плазму в «микроволновке»

Сотрудники Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН впервые в мире получили высокотемпературную плазму в ловушке открытого типа. На установке под названием газодинамическая ловушка (ГДЛ) получена плазма с температурой более 4,5 миллиона градусов (400 электрон-вольт). Этот результат открывает дорогу к созданию источника нейтронов высокой мощности, который в свою очередь необходим при строительстве термоядерного реактора типа токамак.

Впрочем, у новосибирской установки есть и другая важная задача – дожигать опасные долгоживущие ядерные отходы, перерабатывая их в короткоживущие, что позволяет их утилизировать и хранить.

Ну, а в перспективе высокотемпературная плазма в ловушке открытого типа может стать ключом к созданию термоядерного реактора альтернативного безумно дорогим токамакам.

Как рассказал руководитель работ на ГДЛ Петр Багрянский, главная проблема термоядерного синтеза в открытых ловушках состоит во времени удержания плазмы.

— Оно очень сильно зависит от электронной температуры, которая должна быть максимально высокой, — говорит доктор физико-математических наук Петр Багрянский.

Ранее нужных параметров плазмы в открытых ловушках достичь не удавалось, и пару десятков лет назад работы в этом направлении были свернуты. Но теперь новосибирцы добавили к ГДЛ мощный источник микроволнового (СВЧ) излучения – гиротрон. Его сконструировали специалисты Института прикладной физики РАН из Нижнего Новгорода.

И после двух лет упорной работы новосибирцы научились разогревать плазму до 5 миллионов градусов при времени ее удержания – десятки миллисекунд. Этого уже достаточно, чтобы зажечь термоядерный синтез пусть и с невысоким КПД. В ближайшее время ИЯФовцы намерены добавить к установке еще один гиротрон, по оценкам это позволит поднять температуру плазмы еще раза в полтора-два.

Впрочем, и уже достигнутый результат очень важен в практическом плане, поток нейтронов, создаваемый такой установкой будет иметь рекордное значение по мощности — 1 МВт на квадратный метр – именно столько по расчетам должно быть внутри первого действующего токамака ITER, который начали строить на юге Франции. Новосибирский институт ядерной физики является одним из участников этого амбициозного проекта.

— В частности, мы будем проводить испытания материалов в условиях мощных нейтронных потоков, таких, какие будут внутри токамака, – рассказывает заместитель директора ИЯФ Александр Бурдаков. – Кроме того, в каждой стране-участнице ITER имеются свои термоядерные проекты. В том числе и альтернативные установки, нацеленные на решение этой же проблемы.

В нашем институте развивается направление открытых ловушек. Они имеют ряд преимуществ по сравнению с токамаком: простота конструкции, снятие некоторых технических ограничений, достижение высокого давления плазмы. Однако при этом плазма фактически упирается прямо в стенки ловушки, и долгое время никто не верил, что в таких системах можно действительно получить высокие температуры. А нам это удалось сделать в том числе и за счет того, что мы максимально ослабили контакт плазмы стенкой.

Еще одно перспективное применение — утилизация радиоактивных отходов.

— Такая система может работать, используя отработанное ядерное топливо — плутоний и так называмые минорные актиноиды— дожигать их до остатков, которые имеют короткое время жизни и которые уже не так сложно утилизировать и хранить, — пояснил старший научный сотрудник ИЯФа Андрей Аникеев.