Колектив вчених з Прінстонської лабораторії фізики плазми зміг знайти спосіб придушити виникнення альфвенівських нестійкостей у токамаках. Цікаво, що придушення вдалося домогтися, вводячи в плазму додатковий пучок нейтральних частинок, майже такий же, який і викликає ці нестійкості. Це дозволить збільшити стійкість плазми і підвищити її енергію як на вже працюючих магнітних термоядерних реакторах, так і на споруджуваному зараз Міжнародному експериментальному термоядерному реакторі у Франції. Дослідження опубліковане в .Токамаки - камери з магнітними котушками - пристрої для утримання високоенергетичної плазми за допомогою магнітних полів. Такі пристрої використовуються для дослідження процесів злиття легких високоенергетичних іонів, важливих для проведення керованого термоядерного синтезу. Крім магнітного поля, токамак забезпечує утворення в плазмі електричного струму, який призводить до нагрівання плазми до потрібної температури. Зараз працюють кілька великих токамаків різних конфігурацій, а найбільший - Міжнародний експериментальний термоядерний реактор ITER (ІТЕР) - будується на півдні Франції і планує почати експерименти в 2025 році. У сучасних токамаках для нагріву і підвищення стійкості плазми в неї вводять додатковий потік нейтральних частинок. Це призводить до утворення низькочастотних електромагнітних хвиль у плазмі, які поширюються вздовж постійного магнітного поля. У результаті виникають альфвенівські хвилі - поперечні магнітогідродинамічні плазмові хвилі, що поширюються вздовж силових ліній магнітного поля. З одного боку, вони дозволяють контролювати профіль розподілу іонів у плазмі і таким чином збільшити її стабільність, але з іншого - самі можуть призводити до виникнення додаткових нестійкостей, і значна частина іонів у такій плазмі розсіюється, не стикаючись. Можливість передбачати стійкість альфвенівських хвиль і розробка методів для управління ними важлива в тому числі для таких установок, як ІТЕР, в яких необхідна температура плазми підтримується якраз за рахунок введення пучків альфвенівських частинок. У своїй новій роботі фізики з Прінстонської лабораторії фізики плазми, що працюють на сферичному токамаці NSTX-U, запропонували новий спосіб придушити альфвенівські нестійкості за рахунок введення в плазму додаткових пучків нейтральних частинок. У процесі останнього масштабного оновлення токамаку в 2015 році було встановлено модуль, що дозволяє вводити в плазму додатковий пучок нейтральних частинок. Зазвичай введення додаткових високоенергетичних частинок призводить тільки до зростання нестійкості, але в даному випадку фізикам за допомогою зміни кута введення пучка частинок і їх енергії вдалося домогтися того, що він призводить до перерозподілу високошвидкісних іонів і керовано пригнічує нестійкість, що виникла спочатку. У цьому дослідженні в плазму вводилися три нейтральні пучки для підвищення рівня контролю плазмою і ще три додаткові нейтральні пучки - для придушення альфвенівської нестійкості. Така система дозволила створити контрольовану стійку високоенергетичну плазму.
Крім іншого, цей ефект вдалося продемонструвати не тільки експериментально, але і за допомогою комп'ютерного коду HYM, який розробляється для ІТЕР. Комп'ютерна модель дозволила кількісно оцінити частоти альфвенівських мод і передбачила як утворення нестійкостей, так і придушення цих нестійкостей за рахунок введення додаткових нейтральних пучків. Таким чином, вдалося показати надійність передбачень стійкості плазми, зроблених за допомогою використання HYM.
Для керованого термоядерного синтезу на ІТЕР планується використання потужності до 500 мегават і часом утримання до 1000 секунд. Зараз роботи над керованим термоядерним синтезом ведуться різними групами. Наприклад, на токамаці KSTAR вдалося утримувати плазму температурою 50 мільйонів Кельвінів протягом 70 секунд, а після цього китайські фізики на токамаці EAST змогли збільшити цей час до 100 секунд. Крім того, існують і приватні компанії, які теж працюють над термоядерним синтезом - детальніше про них можна прочитати в нашому матеріалі.