Сотрудникам Института ядерной физики им. Г. И. Будкера (ИЯФ СО РАН) доктору физико-математических наук Петру Багрянскому и доктору физико-математических наук Александру Иванову, а также сотруднику Института прикладной физики РАН (ИПФ РАН) доктору физико-математических наук Александру Шалашову присуждена премия имени академика Льва Андреевича Арцимовича в области экспериментальной физики – за цикл работ «Нагрев и удержание плазмы с высоким относительным давлением в осесимметричной магнитной ловушке открытого типа».
Цикл работ лауреатов относится к проблеме управляемого термоядерного синтеза. Решение этой проблемы позволит создать экологически чистые и безопасные энергетические установки, использующие топлива с неограниченным ресурсом добычи. Успешное достижение этой цели способно практически навсегда решить энергетическую проблему в мировом масштабе.
«Суть работ, – комментирует заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН, доктор физико-математических наук Петр Багрянский, – состоит в том, что творческим коллективам, членами которых мы являемся, удалось существенно развить потенциально очень перспективное направление магнитного удержания термоядерной плазмы, которое было предложено основателем ИЯФ СО РАН академиком Г. И. Будкером и Р. Постом в США в 1950-е гг. Ими была разработана концепция магнитной ловушки открытого типа. Эта ловушка устроена так, что магнитные силовые линии в ней не являются замкнутыми, как, например, в токамаке, который был предложен отечественными физиками: И. Е. Таммом и А. Д. Сахаровым. Покидая ловушку, силовые линии упираются в материальную поверхность».
Петр Багрянский также отметил, что подобная система открытого типа обладает рядом достоинств: естественным каналом удаления «термоядерной золы» – продуктов ядерного синтеза; возможностью прямого преобразования выделяемой в реакторе энергии в электричество с высоким КПД; а также экспериментально доказанной способностью удерживать плазму с предельно высоким давлением, то есть высокой температурой и плотностью.
Однако открытые ловушки не выдержали конкуренции с другими схемами удержания плазмы по причине казавшейся невозможности решения нескольких серьезных проблем.
Магниты, поле которых способно удерживать плазму с температурой более 100 млн градусов, оказались слишком сложными с инженерной точки зрения. Кроме того, при попытке выйти на уровень термоядерной температуры в процессе нагрева в плазме развивались неустойчивости, которые приводили к «выплескиванию» плазмы из магнитной ловушки. Также не удавалось достичь нужной для термоядерных приложений температуры электронов плазмы, которая должна составлять как минимум 10 миллионов градусов.
Эти проблемы были решены в результате кропотливой работы большого коллектива ученых и специалистов на установке открытого типа, так называемой газодинамической ловушке. Ранее этот класс установок был предложен в ИЯФ СО РАН В. В. Мирновым и Д. Д. Рютовым.
«В ходе проведенных нашими коллективами исследований нам удалось успешно решить эти проблемы. Плазма с предельно высоким давлением удерживается в магнитном поле, создаваемом набором простых круглых катушек. Неустойчивости были полностью подавлены. Использование самых передовых средств нагрева плазмы отечественной разработки и производства позволило успешно продемонстрировать нагрев плазмы до температуры 10 миллионов градусов», – отметил ученый.
Это позволяет рассматривать в ближайшей перспективе магнитные ловушки открытого типа как основу для создания мощного источника термоядерных нейтронов. Такие источники в настоящее время востребованы для производства редких изотопов, уничтожения радиоактивных отходов, управления реакторами деления, работающими в подкритическом режиме и обладающими высоким уровнем внутренней безопасности.