Камера высокой скорости зафиксировала в цвете поведение плазмы внутри токамака ST40 от компании Tokamak Energy, работая со скоростью 16 тысяч кадров в секунду. Эти изображения демонстрируют, как частицы лития проходят через внешнюю область плазмы, помогая исследователям изучить методы контроля огромного количества тепла, генерируемого процессом синтеза.
Эксперимент направлен на решение одной из ключевых проблем будущих реакторов: обеспечение способности компонентов, принимающих тепло, выдерживать экстремальные нагрузки в течение длительного времени. Кроме того, полученные снимки позволяют отслеживать движение лития со скоростью, превышающей показатели предыдущих записей.
Для осуществления синтеза ST40 должен удерживать плазму — чрезвычайно горячий газ — с помощью магнитных полей. Температура достигает миллионов градусов, и часть энергии рассеивается. Эта нагрузка направляется на так называемые диверторы — специальные элементы, установленные для приема тепла до того, как оно достигнет других частей оборудования.
В ходе испытаний на ST40 исследователи уже измеряли потоки до 150 мегаватт на квадратный метр. Сложность возрастает при рассмотрении будущей электростанции, где эти компоненты должны выдерживать аналогичные условия в гораздо более продолжительные периоды.
Именно здесь помогают цветные изображения. Розовый оттенок исходит от дейтерия, разновидности водорода, используемого в плазме. Литий, введенный в виде мелких гранул, меняет свой цвет при прохождении через различные области.
Скорость камеры критически важна для такого рода наблюдений. В токамаке T-11M цветная камера функционировала со скоростью 1000 кадров в секунду. Исследователи отметили, что для отслеживания эволюции филаментов лития необходимы скорости выше 10 тысяч кадров в секунду.
Эксперимент также проверяет концепцию снижения объема энергии, поступающей на диверторы. Вместо того чтобы позволять всему теплу направляться на эти детали, ученые пытаются высвободить часть его во внешней области плазмы. Эта стратегия известна как радиатор X-point (XPR). Фактически, специалисты стремятся сконцентрировать это охлаждение возле области магнитного поля, называемой точкой X, которая расположена рядом с диверторами. При этом ядро плазмы, где должны поддерживаться условия для синтеза, остается горячим.
Первые испытания на ST40 показали возможность создания области, высвобождающей энергию около точки X, что привело к снижению температуры на периферии плазмы. Измерения также зафиксировали уменьшение количества тепла, достигающего диверторов.
Однако остается открытым вопрос. По мнению исследователей, значительная часть энергии, высвобожденной в ходе этих тестов, вероятно, произошла из-за углерода, который отделился от стенок токамака, а не из намеренно введенного лития. В настоящее время проводятся эксперименты с литием и неоном для дальнейшего уменьшения тепловой нагрузки.
Дополнительная информация
Токамак Energy планирует провести модернизацию ST40. Компания намерена заменить углеродное покрытие на молибден, установить системы для нанесения лития на поверхности, обращенные к плазме, а также добавить новые приборы для лучшего наблюдения этой зоны.
Благодаря таким быстрым изображениям и детальному анализу света, излучаемого элементами в плазме, исследователи получают способ отслеживать, где именно высвобождается тепло. Цель состоит в том, чтобы выяснить, как контролировать этот процесс, не нарушая условий, необходимых для протекания синтеза.
