Физики раскрыли природу магнитных помех в термоядерных реакторах

Вспышки магнитных полей силой до 40 тесла, возникающие при лазерном сжатии плазмы, долгое время считались неуправляемым фактором. Исследователи из Принстонской лаборатории физики плазмы доказали, что этот хаос порождается температурным дисбалансом, неизбежно возникающим в момент расширения вещества, и вывели формулу для прогнозирования этих энергетических потерь.

При инерциальном термоядерном синтезе лазеры сжимают капсулу с топливом, требуя идеального распределения энергии. Однако эксперименты постоянно нарушались спонтанными магнитными полями, которые блокируют движение электронов и препятствуют равномерному нагреву. Моделирование процесса на алюминиевых мишенях показало, что при достижении определенного порога мощности плазма перестает быть нейтральной всего за миллиардную долю секунды.

Корень проблемы кроется в неустойчивости Вейбеля. Когда лазер превращает вещество в сверхгорячий газ, температура вдоль направления расширения падает быстрее, чем в остальных точках. Этот градиент запускает самопроизвольное формирование магнитных полей, которые искажают перенос тепла. Выяснилось, что даже идеально сфокусированный лазерный луч не способен подавить это явление, так как оно продиктовано самой динамикой расширяющейся плазмы.

Разработанная математическая модель позволяет заранее оценивать вероятность возникновения таких помех. Оказалось, что критический порог мощности часто достигается в современных установках, что объясняет многие аномалии в прошлых экспериментах. Новое понимание физики процесса дает инженерам инструмент для проектирования реакторов следующего поколения, где влияние магнитных полей будет учитываться еще на этапе расчетов.