Американские учёные открыли эффект, способный продлить срок службы термоядерных реакторов

Физики из Ливерморской национальной лаборатории (LLNL, США) обнаружили новое явление в плазме, которое может радикально повлиять на работу термоядерных реакторов и других устройств, использующих высокотемпературную плазму. Речь идёт об эффекте «насыщения обратным током», при котором часть ранее испущенных электронов возвращается обратно к катоду. Это открытие ставит под сомнение устоявшуюся научную модель, согласно которой основным ограничивающим фактором потока электронов считался эффект пространственного заряда.

Как показали расчёты и моделирование, обратный ток электронов не только снижает поток, но и меняет саму структуру плазмы, а также её взаимодействие с электродами. На практике это может быть использовано для снижения эрозии катодов и уменьшения разрушения материалов из-за распыления ионов. Особенно важны такие данные для токамаков — термоядерных установок, в которых управление сверхгорячей плазмой является критическим элементом эффективности и надёжности.

Для исследования эффекта учёные разработали специальный код для компьютерного моделирования, позволяющий с высокой точностью воспроизводить поведение плазмы в пределах всей системы, включая катод, анод и внутреннюю часть диода. Это стало первым шагом к более точному описанию процессов в реакторах и оценке возможных параметров, влияющих на токи и потери.

Хотя полученные результаты дают веские основания для пересмотра ряда моделей, команда подчёркивает необходимость дальнейших лабораторных экспериментов. В перспективе это открытие может быть применимо не только в энергетике, но и в таких областях, как космические плазменные двигатели и промышленные плазменные технологии.