Инжекция криогенных макрочастиц как метод управления удержанием в токамаке

В проектируемых прототипах токамака-реактора и нейтронного источника на основе токамака необходимо обеспечить высокие параметры плазмы (температура и плотность) и хорошее удержание. Традиционный метод доставки рабочего вещества в плазму термоядерной установки – газонапуск – не обладает достаточной эффективностью в плазме со значительными градиентами плотности и температуры на периферии, характерными для токамака-реактора. Этим объясняется интерес к инжекции в плазму макрочастицы из замороженного рабочего вещества – водорода и его изотопов. Макрочастица до полного испарения проникает в достаточно глубокие области плазмы, что позволяет эффективно и быстро наращивать плотность плазмы. С другой стороны, инжекция макрочастицы в токамак может приводить к переходу в режимы улучшенного удержания с подавленным переносом на периферии или пикированным профилем давления (особенно вкупе с инжекцией нейтрального нагревного пучка). Возможно использование макрочастиц для подавления возникающих на границе неустойчивостей (т.н. ELM), присущих режиму улучшенного удержания.На токамаке ТУМАН-3М существует значительный научный задел в выбранном направлении исследований. В экспериментах по инжекции примесной и водородной макрочастицы обнаружена возможность инициирования перехода в режим улучшенного удержания под воздействием испарения макрочастицы. В экспериментах по нейтральному нагреву плазмы наблюдалось значительное увеличение энергосодержания плазмы. На токамаке имеется большой набор диагностик, позволяющий измерять параметры и нагревного пучка, и контролировать процесс испарения макрочастицы.В планы работ по гранту входит исследование особенностей нагрева плазмы, нейтронного потока и перехода в режим улучшенного удержания при инжекции макрочастицы в тангенциальном и радиальном направлении, а также при совместной инжекции макрочастицы и нейтрального нагревного пучка.