«Репортаж» из токамака: активную зону термоядерной установки впервые сфотографировали
В магнитных ловушках термоядерных установок-токамаков плазма разогрета до десятков миллионов градусов, как в недрах звезд. Можно ли фотографировать при такой жаре? Оказывается, можно.
Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail
Исследовательская компания Tokamak Energy опубликовала первые высокоскоростные цветные изображения плазмы внутри термоядерной энергетической установки, позволяющие воочию наблюдать процессы, идущие внутри Солнца и звезд. Текущие эксперименты на сферическом токамаке ST40 позволяют по-новому взглянуть на поведение плазмы благодаря высокоскоростной цветной камере, снимающей со скоростью 16 000 кадров в секунду. Новая камера позволяет ученым визуально отслеживать взаимодействие материалов в плазме, температура которой достигает десятков миллионов градусов.
На кадрах четко показан процесс «заправки» плазмы и управления. Ярко-розовое свечение видно при впрыске газообразного дейтерия, топлива для термоядерной реакции. В ходе другого процесса исследователи наблюдали, как гранулы лития размером с песчинку проникают в плазму, отделившись от поверхности внутренней обшивки. Попадая в более холодные внешние области, литиевые гранулы сначала излучают малиново-красный свет. По мере того, как они проникают в более горячее и плотное ядро, атомы лития ионизируются (Li⁺) и начинают ярко светиться зеленовато-желтым цветом. Затем можно увидеть, как эти зеленоватые полосы совмещаются с линиями магнитного поля, ограничивающего плазму, и показывают ее путь внутри токамака.
Эти эксперименты являются частью программы модернизации ST40, самого мощного в мире сферического токамака, стоимостью 52 миллиона долларов. Программа, известная как LEAPS (Lithium Evaporations to Advance Plasma-Facing Components in ST40, дословно «Испарение лития с целью улучшения обращенных к плазме компонентов в ST40»), реализуется в партнерстве с Министерством энергетики США и Министерством энергетической безопасности Великобритании.
Основной целью модернизации является нанесение литиевых покрытий на все детали, контактирующие с плазмой (PFC). Было показано, что этот метод, впервые разработанный Принстонской лабораторией физики плазмы, значительно улучшает характеристики процесса.
Программа также включает замену углеродных пластинчатых покрытий на молибден – более подходящий для энергетических установок тугоплавкий металл, а также добавление новых диагностических систем для более точного измерения параметров плазмы.
Новая камера зарекомендовала себя как важный инструмент диагностики. Снимки помогают исследователям визуально подтвердить данные, собранные с помощью спектроскопии (анализа длин волн света).
Цветная камера особенно полезна для подобных экспериментов. Она помогает нам сразу определить, излучают ли газообразные примеси, которые мы вводим, в ожидаемом месте и проникают ли порошки лития в ядро плазмы.Лаура Чжан исследовательница.
Это исследование тесно связано с разработкой инновационного режима работы будущих термоядерных электростанций. Он предполагает упреждающее охлаждение кромки плазмы до того, как она попадет на компоненты реактора, что снижает износ без ущерба для производительности.
Возможность наблюдения в режиме реального времени за тем, как литий взаимодействует с плазмой, является важным шагом на пути развития контролируемого термоядерного синтеза. В ближайшее время разработчики намерены внедрить литий в ST40, самый высокоточный в мире сферический токамак.
Недавно Google разработал алгоритм машинного обучения для управления термоядерным синтезом. Искусственный интеллект и здесь отбирает хлеб у человека.
Поделиться
