Состоялся физический пуск мощного высоковольтного инжектора для нагрева термоядерной плазмы

: 13.09.2018

В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) состоялся физический пуск мощного инжектора пучка атомов водорода с проектной энергией частиц до одного миллиона электрон-вольт. В инжекторе пучок атомов образуется за счет нейтрализации ускоренного до нужной энергии пучка отрицательных ионов водорода. Эта экспериментальная установка была разработана и изготовлена по заказу американской компании TAE Technologies, которая занимается созданием безнейтронного термоядерного реактора. С помощью этого инжектора ученые планируют отработать технологию нагрева плазмы в реакторе ТАЕ Technologies и продемонстрировать надежность и высокую эффективность работы всех элементов инжектора.

Инжектор, разработанный и изготовленный по заказу ТАЕ. Фото Максим Кузин.

Для осуществления термоядерной реакции необходимо нагреть водородную плазму до температуры в сотни миллионов градусов. Наиболее эффективным методом нагрева является инжекция пучка быстрых атомов, который получают ускорением ионов водорода до высокой энергии и последующей нейтрализацией ускоренных ионов с их превращением в пучок быстрых атомов. В настоящее время подобная технология нагрева быстрыми пучками испытывается на нескольких крупных термоядерных установках в Европе и Японии, и является наиболее перспективной для применения в термоядерной энергетике будущего.

Главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН, доктор физико-математических наук Юрий Бельченко:

«На данный момент на относительно небольших токамаках типа JET (Англия) и ASDEX (Германия) используются инжекторы атомов с энергией частиц 60—90 тысяч электрон-вольт, которые получают за счет ускорения положительных ионов. Для нагрева плазмы в больших установках нового поколения типа JT-60SA, ИТЕР, ДЕМО или Norman (ТАЕ Technologies) необходимы инжекторы с энергией частиц в 500—1000 килоэлектронвольт (кэВ), разработка которых ведется в нескольких крупнейших лабораториях мира. В высоковольтном инжекторе необходимо получать и ускорять отрицательные ионы водорода, которые легко теряют лишний электрон и превращаются в быстрые атомы с приемлемой для термоядерного реактора эффективностью до 85—95 %.

Ранее в ИЯФ СО РАН был разработан и испытан прототип подобного инжектора, который хорошо зарекомендовал себя на стендовых испытаниях. Был получен интенсивный пучок отрицательных ионов с энергией 117 кэВ. Также были проведены эксперименты по транспортировке пучка в реактор. Теперь начинается систематическая работа на инжекторе с существенно большей энергией частиц. На сегодняшний день в мире не существует инжекторов для нагрева плазмы с подобными характеристиками».

ИЯФ СО РАН является мировым лидером по разработке и изготовлению инжекторов атомарных пучков для термоядерных исследований. Институт поставляет их в ведущие исследовательские центры России, Германии, Швейцарии, США и в другие страны. Такие пучки используются в большинстве проектов термоядерных установок будущего.