От винта! К Новому году в ИЯФ СО РАН запустили уникальную установку.

Межпланетные полеты или термоядерная энергетика? Выбирать не придется! Эксперименты на Спиральной магнитной открытой ловушке (СМОЛА), торжественный запуск которой состоялся в ИЯФ 25 декабря, в случае удачи могут приблизить человечество и к тому, и к другому. Ловить и удерживать плазму необходимо для создания термоядерного реактора, и здесь имеют большое значение плотность плазмы, температура ее нагрева и время удержания в ловушке. В настоящее время по совокупности этих параметров лидируют токамаки, поэтому именно эта схема стала основой ИТЭР — крупнейшего международного проекта по созданию экспериментального термоядерного реактора в Кадараше (Франция). 

Линейные (открытые) системы удержания плазмы, в течение многих лет разрабатываемые в ИЯФ, принципиально отличаются от токамаков — замкнутых магнитных ловушек, внешним видом напоминающих бублик. В конце 2013 года в Институте ядерной физики в экспериментах были получены рекордные параметры плазмы в открытой ловушке. Перейден принципиальный рубеж в 10 миллионов градусов и продемонстрировано, что потери тепла от прямого контакта плазмы со стенкой ловушки во много раз меньше, чем ожидалось. Но проблемой открытых ловушек оставалась “утечка” — так называемые “продольные потери” плазмы.

— “Бутылка Будкера” — открытая ловушка с магнитной пробкой, — отметил на торжественном запуске установки мэр Новосибирска Анатолий Локоть, продемонстрировав недюжинные познания в вопросе. — В этом направлении никто исследований не ведет. Фактически ученые ИЯФ СО РАН — первооткрыватели, которые идут своей дорогой. Запуск установки СМОЛА — еще один шаг вперед, который, надеюсь, приблизит нас к термоядерной энергетике.

Дело в том, что строительство термоядерного реактора на основе токамака – дело весьма затратное (смета ИТЭР превышает 15 миллиардов евро) и не такое уж экологически безопасное: в закрытой ловушке в качестве топлива используется смесь трития и дейтерия. Но тритий и сам радиоактивен, и в процессе реакции образуется нейтронная радиация. 

 — Открытые ловушки позволяют создавать экологически чистые реакторы на основе безнейтронного топлива, — отметил заместитель директора ИЯФ Александр Иванов. — Новая винтовая линейная ловушка позволит нам проверить очень красивую идею удержания плазмы с помощью своего рода “мясорубки” или, точнее, винта Архимеда. Если наша концепция окажется верна, сделаем шаг и на пути к созданию мощных плазменных двигателей для межпланетных полетов.

— Частицы плазмы стремятся вылететь из этой “мясорубки”, но если мы будем крутить ручку в обратном направлении, то они будут двигаться назад — плазма останется в ловушке, — объяснил принцип работы установки руководитель проекта старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Антон Судников.

Грант РНФ “Развитие исследовательского и технологического потенциала ИЯФ СО РАН в области физики ускорителей, физики элементарных частиц и управляемого термоядерного синтеза для науки и общества” помог институту подготовить к запуску целый ряд новых установок в области физики плазмы. В экспериментах начала 2018 года должны быть проверены два независимых принципа уменьшения продольных потерь плазмы в открытых ловушках, что позволит улучшить параметры удержания в десятки раз.Итоги 2017 года оказались, по словам директора ИЯФ академика Павла Логачёва, очень перспективными и в остальных направлениях: начаты испытания мощного клистрона (высокочастотного генератора, который является важной частью системы ускорения частиц в коллайдере). Ранее клистроны в России не производились. С помощью нового инжекционного комплекса достигли рекордной светимости на “родных” институтских коллайдерах — ВЭПП-2000 и ВЭПП-4М — что позволило получить самые точные в мире результаты в области физики элементарных частиц, в частности, при регистрации образования адронов. Наконец, совершенно неожиданный эффект обнаружен при изучении  воздействия плазмы на вольфрам. Оказалось, что плазменная дорожка “меняет ориентацию” поликристаллической структуры вольфрама — все кристаллы разворачиваются в одну сторону. Природу такого явления и его возможное применение еще предстоит изучать.

— Уникальность запускаемой сегодня установки — в том, что от появления идеи до ее воплощения в металле прошло всего три года, — подчеркнул руководитель Сибирского территориального управления ФАНО России Алексей Колович.

Александр Иванов заметил, что если будет одобрена российская национальная программа по управляемому термоядерному синтезу, обсуждение которой сейчас ведется, под следующую установку — газодинамическую магнитную ловушку  — будет построен отдельный корпус. 

— Институт ядерной физики — один из немногих в Сибирском отделении, что может вкладывать средства в строительство установок и с их помощью совершать научные прорывы. Можно найти и российские, и международные источники финансирования, но сначала требуется предъявить значимый результат, — констатировал председатель СО РАН академик Валентин Пармон.

Под руководством Антона Судникова вице-губернатор Новосибирской области Анатолий Соболев и мэр Новосибирска Анатолий Локоть провели два первых эксперимента — запустили пучок плазмы в разных режимах. Данные зафиксированы, их будет обрабатывать команда проекта — десять молодых физиков, четверо из которых — еще студенты.