图片：GI Budker 核物理研究所的 SMOLA 装置(由 Rosatom 提供)

俄罗斯科学院西伯利亚分院 GI Budker 核物理研究所 (INP SB RAS) 成功地将其 SMOLA 聚变设施中的等离子体密度提高了 1.5 倍。它还使血浆流出速度减慢了 10 倍。受控热核聚变领域的研究正在使用基于各种磁约束系统的实验设施进行。它们都有相同的目标——达到热核聚变所需的温度、密度和等离子体约束时间。

虽然许多聚变项目，包括法国的国际热核实验反应堆 (ITER)，都使用封闭式等离子体磁阱——托卡马克装置——但其他项目则使用开放式磁阱。INP 的研究人员使用几种开放式实验设施，包括 SMOLA，这是一个带有螺旋磁等离子体限制的开放式陷阱。科学家们最近在《等离子体物理学杂志》上发表了两篇科学论文，详细介绍了他们的实验结果。

开放系统的优势之一是，与托卡马克不同，它们可以实现等离子体压力与磁场压力的高比值。来自 INP 的专家已经设法实现了 0.6 的比率，并正在努力实现统一。然而，虽然开放式磁阱的几何结构很简单，类似于有两个颈部的瓶子，但它们允许等离子体在端孔处强烈流出。为了解决这个问题，INP 开发并建造了它的实验 SMOLA(螺旋磁开式陷阱)设施。

“开放式陷阱中的磁场力线不是封闭的，例如在托卡马克中，因此，等离子体仅保留在装置的中间，并且可以在末端流出，”高级研究员解释说安东·苏德尼科夫。为了减少这种外流，放置了增加磁场的磁性“塞子”。在另一个 INP 工厂 RESIN，尝试了一种不同类型的磁性插头。“RESIN 与其他开放式疏水阀的不同之处在于，我们在一端安装了螺旋塞，而不是通常的磁性塞。正是螺旋磁场可以将流出的等离子体‘拖’回陷阱的中心，”Sudnikov 说。

在最近使用强螺旋磁场的实验中，INP 专家能够将流出的等离子体流量减少到他们无法再记录的程度。“理论预测，在螺旋场的存在下，等离子体限制应该得到加强。这就是我们在实验中观察到的，”Sudnikov 指出。“但我们实验最重要的结果……是当加入螺旋场时，等离子体密度也增加了 1.5 倍。依赖性很简单：等离子体越多地被限制在陷阱中，它变得越密集，我们整个带有螺旋限制的多镜系统的效率就越高。”

由于获得的结果，科学家们能够进一步研究受控热核聚变。因此，例如，在等离子体的热核参数下，为了将其有效地限制在多镜陷阱中，离子碰撞和散射必须更频繁。但是使用有用的热核参数，这不会发生 - 离子很少被其他离子散射并且可以飞过陷阱，然后即使是螺旋场也不会将其拉回。

此后，INP 的科学家们使用另一个开放式陷阱设施——GOL-3(波纹开放式陷阱)在受控聚变方面取得了进一步进展。下一个主要步骤将是开发使用气体动力磁阱 (GDML) 限制热核等离子体的装置。 INP 希望 GDML 能够展示基于开放式磁阱设计紧凑、经济和环保的热核反应堆的可能性。

“GDML 中的字母‘M’表示陷阱将是多镜像的。在基本版本中，这只是一个由磁塞限制的磁场。但如果我们所有的新成果都应用到这个项目中，那么就可以在 GDML 的末端添加一个螺塞，就像在 RESIN 上一样，”Sudnikov 说。“我们的实验结果让我们希望螺杆部分能够提高效率。设施的规模和复杂性将保持不变，但我们将增加密度并提高限制质量，因此，我们将更接近我们需要的融合参数。”