На сайте Phys.org размещена интересная статья "Resistance in tokamak vessel walls can cause disruptive energy loss" - "Сопротивление в стенках токамака может вызвать разрушительную потерю энергии".

При определенных условиях в термоядерных устройствах, известных как токамаки, может произойти внезапная потеря энергии стенками сосуда. Исследователи называют этот процесс потери энергии разрушением. Одной из причин является магнитогидродинамическая (т. е. проводящая плазма в магнитном поле) нестабильность или мода, связанная с вакуумным сосудом.

Новые исследования показывают, что скорость потери тепловой энергии согласуется с ростом особой неустойчивости, режима резистивного разрыва стенки (the resistive wall tearing mode - RWTM). Экспериментальные измерения показывают, что температура плазмы спадает во времени, согласующемся с ростом моды. Моделирование показывает, что RWTM будет устойчивым при наличии идеально проводящей стенки, а также что неустойчивая мода нарастает до достаточной амплитуды, чтобы вызвать быструю потерю энергии плазмы. Эта быстрая потеря энергии называется термическим гашением. Смоделированная амплитуда и условия начала согласуются с экспериментальными результатами.

Цель развития термоядерной энергетики побуждает исследователей разрабатывать эксперименты для токамака ИТЭР. В настоящее время строящийся ИТЭР станет самым большим и мощным токамаком в мире после завершения строительства. Проведенное исследование сообщает, насколько быстро в ИТЭР может произойти термическое гашение. Это повлияет на то, как операторы смягчат эти сбои. Неконтролируемые сбои в работе такой большой машины, как ИТЭР, могут привести к значительному повреждению корпуса, и их необходимо избегать.

Моделирование стандартного эталонного сценария ИТЭР предсказывает, что плазма будет неустойчива к RWTM. Если термическое гашение управляется RWTM, как это наблюдается и моделируется в существующих устройствах, то термическое гашение в ИТЭР будет намного дольше, чем первоначально ожидалось. Эта информация может помочь операторам модифицировать систему предотвращения сбоев ИТЭР, тем самым снижая сопутствующие риски.

При сбоях токамака энергия плазмы быстро переносится на стенки устройства. Продолжительность этого процесса термического гашения устанавливает требования для любых методов смягчения последствий, которые могут быть применены. В недавно опубликованном исследовании по физике плазмы, проведенном HRS Fusion и Национальным термоядерным комплексом DIII-D Министерства энергетики США, ученые подробно описали основанное на физике понимание этого процесса, объединив эксперименты, моделирование и теорию для изучения эволюции нестабильности плазмы во время срыва.

Моделирование демонстрирует, что масштабирование скорости роста нестабильности согласуется с ожиданиями, основанными на проводимости сосуда, и что время термического затухания пропорционально времени линейного роста. Смоделированная скорость роста и амплитуда RWTM согласуется с временной шкалой термического затухания в эксперименте. Расширение этого результата — от токамака DIII-D, где тепловое гашение обычно составляет несколько миллисекунд, до ИТЭР — предполагает, что продолжительность теплового гашения в ИТЭР может составлять порядка 70–100 миллисекунд. Важно отметить, что эта работа обеспечивает физическую основу для определения соответствующей временной шкалы в ИТЭР, а более продолжительное тепловое гашение снижает технические ограничения на различные методы смягчения последствий сбоев.

Ссылка на статью, которая, к сожалению, не находится в свободном доступе: Physics of Plasmas 29, 112508 (2022); DOI: 10.1063/5.0107048