На установке WEST впервые получена H-мода плазмы с ELM

Недавно эксперимент C13 на французском вольфрамовом токамаке WEST достиг важного прорыва: впервые успешно получена H-мода плазмы с краевыми локализованными модами (ELM). Это ключевой шаг в подготовке плазменных сценариев для Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР) и будущих термоядерных электростанций.

В течение последних почти трёх месяцев учёные, инженеры и технические специалисты отделения Кадараш Французского комиссариата по атомной энергии совместно с международными партнёрами проводили экспериментальную программу C13. Проект направлен на решение ряда ключевых научных и технических задач в области магнитного удержания термоядерной плазмы, включая поведение элементов, обращённых к плазме, и передовые плазменные сценарии.

В ходе эксперимента основное внимание уделялось взаимодействию вольфрамовой плазмы со стенкой, высокочастотному нагреву, тепловым потокам на элементах, обращённых к плазме, процессам эрозии, балансу мощности и диагностике плазмы. В результате этих исследований был получен обширный объём данных, которые будут использованы для разработки прогностических моделей и подготовки к эксплуатации ИТЭР.

Ключевым достижением стало первое успешное получение на установке WEST H-моды плазмы с краевыми локализованными модами (ELM). H-мода — это режим с высоким удержанием, определённый для ИТЭР с целью достижения его термоядерных показателей. Хотя этот режим позволяет значительно улучшить удержание плазмы, он также сопровождается возникновением ELM — импульсов энергии и частиц, высвобождаемых на краю плазмы, что создаёт серьёзные тепловые нагрузки на элементы, обращённые к плазме.

Таким образом, достижение такого рабочего состояния на установке WEST предоставляет ценную возможность для изучения взаимодействия плазмы со стенкой в условиях, более близких к ожидаемым условиям эксплуатации ИТЭР. Этот результат также закладывает основу для ключевого элемента научной программы WEST — длительных испытаний тепловых потоков на элементах дивертора ИТЭР в вольфрамовой среде, аналогичной условиям ИТЭР. На заключительном этапе эксперимента были получены H-мода плазмы с мощностью в диапазоне от 3 до 3,8 МВт и средней по линии плотностью в диапазоне от 5,4 × 10¹⁹ до 7,2 × 10¹⁹ м⁻³. С использованием различных методов диагностики, включая интерферометрию, ленгмюровские зонды, а также скоростные камеры в видимом и инфракрасном диапазонах, исследователям удалось наблюдать и охарактеризовать краевые локализованные моды (ELM).

Этот знаковый прогресс стал возможен благодаря обширным работам по настройке машины, проведённым в ходе всего эксперимента, включая определение минимальной степени борирования стенки, необходимой для перезапуска после откачки, меж импульсную настройку стенки с использованием ионно-циклотронного нагрева (ИЦРН) и борирование с помощью ИЦРН. Эти усилия совместно способствовали переходу установки WEST на новый этап эксплуатации и выполнению запланированной научной программы.

Помимо конечных результатов, эксперимент C13 продемонстрировал высокий потенциал проекта WEST как международной экспериментальной платформы, привлекающей исследователей из отделения Кадараш Французского комиссариата по атомной энергии и лабораторий-партнёров по всему миру. Полученные в ходе эксперимента данные будут подвергнуты детальному анализу, что, как ожидается, будет способствовать будущим научным публикациям, проверке характеристик элементов, обращённых к плазме, и всесторонней подготовке к эксплуатации ИТЭР.