Група японських дослідників з Національного інституту квантової науки і техніки та Національного інституту термоядерних досліджень розробила новий метод утримання плазми всередині термоядерного реактора. Капсула з водню, змішаного з 5% неону, дозволяє ефективно охолоджувати плазму з температурою близько 100 000 000 °С, запобігаючи «розривам».
“Розрив” – це різке припинення магнітного утримання високотемпературної плазми при виникненні нестабільностей всередині неї. Це серйозна проблема для термоядерних реакторів. Руйнування призводить до потрапляння високотемпературної плазми на внутрішню поверхню області, в якій вона утримується, що призводить до пошкодження конструкції реактора.
В якості контрзаходу вчені досліджують методи примусового охолодження плазми при виявленні ознак нестабільності. За допомогою теоретичних моделей і експериментальних вимірювань фізики відновили динаміку щільного плазмоїда, який формується навколо крижаної гранули. Вони визначили фізичні механізми, які впливають на системи охолодження.
В якості базової стратегії вчені використовують крижані гранули водню, заморожені при температурі нижче 10 K, і вводять їх у високотемпературну плазму. Доданий лід тане з поверхні, випаровується та іонізується нагріванням навколишньої високотемпературної плазми, утворюючи навколо льоду шар низькотемпературної високощільної плазми.
Охолодження плазми за допомогою чистого водню (в центрі) і капсули з додаванням неону. Зображення: National Institute for Fusion Science
Такий низькотемпературний плазмоїд високої щільності змішується з основною плазмою, температура якої при цьому знижується. Але при використанні чистого водневого льоду плазмоїд викидається за межі пучка, перш ніж він зможе змішатися з цільовою плазмою, що робить його неефективним для охолодження високотемпературної плазми глибше під поверхнею.
У дослідженні фізики виявили, що при використанні легованого неоном водню пригнічувало викид плазмоїду. Крім того, експерименти підтвердили, що неон відіграє корисну роль у ефективному охолодженні плазми.