Физики РУДН определили оптимальные условия удержания высокоэнергичных плазменных сгустков в магнитной ловушке пробочного типа

Плазма— это четвертое агрегатное состояние, не похожее по физическим свойствам на другие. Исследования плазменных состояний и явлений — одно из наиболее популярных направлений современной физики. Одно из потенциальных применений плазмы в будущем — управляемый термоядерный синтез. Для реализации синтеза ядер необходимо создание условий при которых высокотемпературная плазма определенной плотности удерживается в ограниченном объеме в течение времени необходимого для осуществления достаточного числа реакций. Удержание вещества с температурой несколько миллионов градусов требует применения оригинальных методов организации ограниченной области пространства, в котором локализована такая плазма. Применение обычных материалов бесперспективно ввиду малой температурной и радиационной стойкости. Для удержания вещества в таком состоянии применяются магнитные системы — магнитные ловушки со специфической топологией магнитного поля, ограничивающей область движения заряженных частиц. Наиболее перспективными на сегодняшний день с точки зрения УТС является семейство замкнутых тороидальных магнитных конфигураций. В основу строящегося международного проекта ИТЭР положена концепция советских ученых — Токамак. Наиболее простейщей конфигурацией для лабораторной плазмы является линейная ловушка с двумя областями усиления магнитного поля — «магнитными зеркалами» (поробкотрон). В лаборатории физики плазмы ИФИТ исследуется оригинальный способ генерации плазменных сгустков с энергичной электронной компонентой масштаба 0.5 МэВ в условиях гирорезонансного взаимодействия, предложенного и реализованного ранее.

«Ранее мы описали получение плазмы в условиях авторезонансного взаимодействия заряженных частиц с электромагнитными волнами — циклотронный авторезонанс . Такой подход реализуемый в условиях пробоктрона приводит к формированию долгоживущих сгустков плазмы. Это заполненное ионами облако электронов, со средней энергией порядка нескольких сотен кэВ, которые удерживается внешним магнитостатическим полем», — кандидат физико-математических наук Виктор Андреев, заместитель директора по научной работе Института физических исследований и технологий РУДН.

Экспериментальная установка оригинальной разработки представляет собой осесимметричную систему в которой СВЧ- резонатор помещен в магнитостатическое поле пробочной конфигурации и импульсное магнитное поле обеспечивающее поддержание авторезонансного режима работы. Экспериментальный стенд оснащен различными диагностическими системами, которые обеспечивают изучение процессов, имеющих место в условия поддержания авторезонансного режима генерации такой плазмы. В экспериментальных исследованиях изучаются радиационные потери такой плазмы в различных спектральных диапазонах — спектрометры оптический, радиочастотный и рентгеновский.

Физикам РУДН удалось установить оптимальное время между СВЧ-импульсами и изменением магнитного поля, которое обеспечивает максимальную эффективность ловушки (200 мкс). Определены объем, который занимает плазменный сгусток, а также количество заряженных электронов в генерируемых сгустках — около 50 миллиардов частиц с энергией порядка 350 кэВ в примерно 80 кубических сантиметрах.

«Полученные результаты и наблюдаемые закономерности генерации и удержания сгустков плазмы с горячей электронной компонентой в авторезонансном режиме позволяют перейти к более подробным экспериментальным и численным исследованиям основных плазменных процессов, в которых особенное внимание будет уделено увеличению плотности сгустков плазмы и их накопления», — кандидат физико-математических наук Виктор Андреев, заместитель директора по научной работе Института физических исследований и технологий РУДН.

Результаты опубликованы в журнале Physics of Plasmas.