Физики НИЯУ МИФИ измерили паразитные поля токамака

Ученые Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» создали экспериментальный комплекс для измерения магнитных полей сферического токамака — магнитной ловушки для удержания плазмы в перспективных термоядерных реакторах. Масштабная модель для экспериментов создана с применением 3D-печати по облику разрабатываемого специалистами вуза токамака «МИФИСТ-1».

Термоядерные реакторы удерживают плазму с помощью магнитных полей, но любые неточности в сборке катушек могут приводить к образованию паразитных полей, искажающих форму плазменного шнура и гасящих реакцию. Компьютерные расчеты не всегда предсказывают искажения, поэтому их необходимо измерять на физических моделях. 3D-печатный макет в масштабе 1:3 оснащен тридцатью шестью датчиками Холла для обнаружения вредных вертикальных и радиальных полей. Исследование поможет скорректировать конструкцию будущих реакторов, сообщает пресс-служба Российского научного фонда.

В термоядерных реакторах магнитное поле предотвращает контакт раскаленной плазмы со стенками реактора, однако малейшие сдвиги проводов при намотке катушек или перекосы при монтаже порождают вертикальные и радиальные паразитные поля. Эти искажения нарушают устойчивость плазменного шнура и в итоге гасят термоядерную реакцию.

Для измерения полей модель токамака оснащена специальной платой с матрицей из тридцати шести трехкомпонентных цифровых датчиков Холла и микроконтроллерами. Система синхронно опрашивает все датчики с частотой в тысячу раз в секунду и записывает данные.

Разборная 3D-печатная конструкция позволяет менять конфигурацию и устанавливать измерительные модули в разных сечениях. Главная инженерная задача — различить крошечные паразитные поля на фоне огромного тороидального поля. При токе силой 180 А паразитные поля тонули в шумах, но при увеличении силы до 1200 А удалось получить необходимые измерения.

Эксперименты показали, что форма основного тороидального поля совпадает с компьютерной моделью, но отношение величины паразитных полей к основному оказалось в несколько раз выше предсказанного из-за погрешностей в конструкции и сборке. Обнаруженное расхождение дает ценные данные для корректировки конструкции будущих реакторов.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда, результаты опубликованы в издании Bulletin of the Lebedev Physics Institute.