КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 18-72-10084
НазваниеПродольный транспорт энергии в магнитной ловушке открытого типа
Руководитель Солдаткина Елена Ивановна, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл
Конкурс №30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-501 - Физика высокотемпературной плазмы и УТС
Ключевые слова управляемый термоядерный синтез, магнитное удержание плазмы, магнитная ловушка открытого типа
Код ГРНТИ29.27.35
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект является частью фундаментальных исследований по проблеме осуществления управляемой термоядерной реакции в магнитных ловушках открытого типа - пробкотронах. Интерес к таким системам продиктован разработкой проектов их термоядерных приложений, включая мощные нейтронные источники, необходимые для решения задач термоядерного материаловедения, управления гибридными реакторами «синтез-деление», а также для решения целого ряда других научных и технологических проблем. Главной и наиболее амбициозной задачей исследований удержания плазмы в ловушках открытого типа является физическое обоснование компактного термоядерного реактора, способного работать с альтернативными видами топлива, не содержащими радиоактивный тритий, и имеющими, практически, неограниченные ресурсы добычи. Проект такого реактора развивается в настоящее время в Институте ядерной физики им. Г.И.Будкера совместно с рядом отечественных и зарубежных организаций. Ключевым с точки зрения приложений параметром является энергетическая эффективность системы, которая быстро растёт с увеличением электронной температуры. Одним из факторов, ограничивающим температуру электронов, может стать высокая теплопроводность плазмы вдоль силовых линий магнитного поля, которая определяется рядом сложных кинетических процессов в расширителях - областях расширяющегося магнитного потока за магнитными пробками. Главной целью предлагаемого Проекта является детальное изучение этого канала потерь и определение условий, при которых он может быть подавлен до уровней, приемлемых для термоядерных приложений магнитных ловушек открытого типа. Теоретические исследования по данной проблеме проводились ранее, однако методы анализа физических процессов в расширителях были излишне упрощены. Экспериментальные исследования, направленные на решение проблемы, были выполнены лишь для низких значений электронной температуры масштаба 20 эВ.
Новизна данного Проекта состоит в том, что в настоящее время появилась возможность подробного изучения продольного транспорта частиц и энергии плазмы с параметрами, вплотную приближающимися к параметрам ближайшего термоядерного приложения магнитной ловушки открытого типа – нейтронного источника. Возможность проведения таких исследований появилась благодаря работам последних лет на установке ГДЛ (газодинамическая ловушка) в Институте ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН. В этих работах были получены следующие результаты, которые продемонстрировали возможность преодоления главных препятствий, стоявших на пути развития реакторов ядерного синтеза на основе пробкотронов, которые в свою очередь обладают простейшей с инженерной точки зрения осесимметричной конфигурацией магнитного поля.
1. Экспериментально продемонстрирована возможность стабилизации плазмы с высоким относительным давлением (beta) в осесимметричной ловушке открытого типа. Впервые в осесимметричной магнитной ловушке достигнуто значение параметра beta=60% в устойчивом режиме с дифференциальным вращением плазмы.
2. За счет использования наклонной инжекции мощных атомарных пучков достигнуто стабильное относительно развития ионно-циклотронных неустойчивостей удержание горячих ионов с энергиями термоядерного диапазона и плотностью до 10^20 м-3. Показано, что в этих условиях релаксация быстрых ионов определяется в основном кулоновскими соударениями с электронами плазмы, поэтому повышение электронной температуры является ключевым фактором, обеспечивающим увеличение времени удержания горячей компоненты плазмы.
3. Реализована новая схема дополнительного электронно-циклотронного нагрева, основанная на эффекте захвата излучения в плазме. В результате в режимах с дополнительным ЭЦР нагревом была достигнута рекордная для квазистационарных магнитных ловушек открытого типа величина электронной температуры - около 1 кэВ. В предыдущих экспериментах на открытых ловушках температура электронов была ограничена величиной менее 0,3 кэВ.
4. Продемонстрирован связанный с увеличением электронной температуры рост времени удержания энергичных ионов и выхода термоядерных нейтронов; показано, что повышение электронной температуры вплоть до 1 кэВ не меняет характер удержания в центральных областях плазменного шнура.
Эти достижения, с одной стороны, позволяют кардинально пересмотреть возможности использования магнитных ловушек открытого типа для термоядерных приложений, а с другой стороны, мотивируют следующие исследовательские шаги в сторону развития реактора ядерного синтеза. Детальное исследование продольного транспорта частиц и энергии в пробкотроне является неизбежным шагом для реального продвижения в этом направлении.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ