Компенсация краевой нестабильности в обновлении ASDEX успешно указывает путь для Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР).
Не прошло и года работы по модификации, как первые проведенные эксперименты уже оказались успешными. Восемь магнитных управляющих катушек на стенке плазменного сосуда термоядерного устройства ASDEX Upgrade теперь преуспели в снижении возмущающей нестабильности плазмы, так называемых ELM, до необходимого уровня. Если эти выбросы краевой плазмы станут слишком сильными, они могут вызвать серьезное повреждение плазменного сосуда в устройствах класса ИТЭР. Достигнутые в настоящее время результаты имеют большое значение для решения этой важной проблемы для ИТЭР.
Исследовательская цель Института физики плазмы им. Макса Планка (IPP) в Гархинге - разработать электростанцию, которая, подобно солнцу, получает энергию от синтеза атомных ядер. Осуществимо ли это, должно быть продемонстрировано на экспериментальном термоядерном реакторе ITER (лат. «Путь») мощностью 500 мегаватт, который сейчас строится в Кадараше, Франция, в рамках международного сотрудничества. Для этого требуется, чтобы топливо, ионизированный газообразный водород с низкой плотностью - плазма - было заключено в клетку магнитного поля, не касаясь стенки плазменного сосуда, и нагрето до температуры воспламенения более 100 миллионов градусов..
Сложное взаимодействие между заряженными частицами плазмы и удерживающим магнитным полем может вызывать всевозможные возмущения удержания плазмы. Краевые локализованные режимы (ELMS) в настоящее время активно обсуждаются в связи с ИТЭР. Это приводит к тому, что краевая плазма на короткое время теряет свое ограничение и периодически выбрасывает связанные частицы плазмы и энергии наружу, к стенке сосуда. Таким образом выбрасывается до одной десятой части всей энергии. Если нынешнее поколение среднеразмерных термоядерных установок легко справляется с этим, то в крупногабаритных установках типа ИТЭР это может вызвать перегрузку, в частности, дивертора - специально оборудованных коллекторных пластин на дне корпуса, к которым краевой слой плазмы отклоняется магнитным полем. Это сделало бы немыслимой непрерывную работу.
Эта нестабильность ELM, однако, не совсем нежелательна, потому что она вытесняет нежелательные примеси из плазмы. Таким образом, вместо обычных сильных ударов цель состоит в том, чтобы добиться более слабых, но более частых ELM. Решение на 300 миллионов евро, первоначально запланированное на прошлый год, о том, как добиться этого индивидуального решения для ИТЭР, было отложено командой ИТЭР до включения управляющих катушек в обновление ASDEX. Это произошло из-за того, что другие термоядерные устройства, использующие аналогичные катушки - DIII-D в Сан-Диего был первым - дали противоречивые результаты.
Эксперименты с ASDEX Upgrade теперь прокладывают путь к прояснению: вскоре после включения питания в новых управляющих катушках удары ELM снижаются до безопасного уровня. Но они происходят достаточно часто, чтобы предотвратить накопление примесей в плазме. Также сохраняется хорошее удержание основной плазмы. ЭЛМ не восстанавливают свою первоначальную интенсивность до тех пор, пока поле катушки не будет выключено. Этот экспериментальный результат имеет большое значение для ответа на вопрос, как правильно извлекать энергию, производимую в плазме ИТЭР.
Но цель еще не совсем достигнута: это связано с тем, что плазменный край ИТЭР не может быть полностью смоделирован в небольших устройствах, таких как ASDEX Upgrade. Поэтому тем более важно точно понимать процессы, лежащие в основе подавления ELM; это требует сложных измерительных средств для наблюдения и мощной теоретической группы для разъяснения. Физическая теория, полученная до настоящего времени в ИФП, действительно соответствует настоящим результатам, но ее еще предстоит проверить и расширить. До решения по ИТЭР, запланированного на 2012 год, есть время для решения вопроса по испытательному реактору - и по будущей электростанции.
Возможности, предоставляемые управляющими катушками на ASDEX Upgrade, еще далеко не исчерпаны: еще восемь катушек по состоянию на 2012 год должны сделать возможным множество новых исследований.