Вредные волны в экспериментальном термоядерном реакторе впервые поймали за полезным делом

Физики, работающие на токамаке DIII-D, впервые напрямую увидели, как альфвеновские собственные моды — колебания плазмы, которые обычно считаются помехой для термоядерного синтеза, — сами создают внутри плазмы электрический ток.

А проблема была вот в чем. В токамаке плазму греют в том числе пучками быстрых нейтральных атомов. Они превращаются в быстрые ионы, которые должны отдавать энергию основной плазме. Но эти же ионы раскачивают альфвеновские моды — волны на магнитных силовых линиях с частотами около 100–200 кГц. Раскачавшись, волны выбрасывают быстрые ионы наружу, и плазма недополучает тепло. Поэтому у термоядерщиков к альфвеновским модам принято относиться как к неизбежному злу.

В последние годы стали подзревать, что зря. На DIII-D и на JET нашли режимы, в которых появление этих мод, наоборот, повышает температуру плазмы: моды нелинейно раскачивают так называемые зональные потоки — кольцевые течения плазмы, которые рвут вихри мелкомасштабной турбулентности. Турбулентность глохнет, тепло меньше утекает наружу, а температура растёт.

Причем теория давно предсказывала, что вместе с зональными потоками моды должны порождать и зональные токи. Потоки на экспериментах уже видели, а токи — нет.

Для термоядерной энергетики важны оба явления. Потоки и токи вместе определяют, на каком уровне насыщаются альфвеновские моды, а значит, сколько быстрых ионов они выбросят. Кроме того, если потоки давят электростатическую турбулентность, то токи, по расчётам, могут влиять на электромагнитные её разновидности, которые становятся существенными при высоких давлениях плазмы, характерных для реакторов.

Авторы при этом осторожны. Эксперименты проводились в относительно холодном режиме, где турбулентность подавляется лишь в узкой области. А вот переносится ли эффект на условия реактора, где быстрые ионы рождаются не пучками, а самим синтезом, пока не понятно. Для ответа, как пишут сами авторы, нужно понять, как зональные потоки и токи меняют структуру и альфвеновских мод, и турбулентности, и какие петли обратной связи удерживают плазму в подавленном состоянии.