«Термоядерный саботаж» разоблачён: учёные СПбПУ нашли источник опасных волн в плазме.

Искусственное солнце на Земле вот‑вот могло погаснуть - из‑за невидимых диверсантов внутри плазмы. Учёные десятилетиями фиксировали странные «писки» на датчиках и последствия разрушительных волн, но не могли поймать момент их рождения. Теперь загадка раскрыта: исследователи из СПбПУ впервые выявили источник опасных альфвеновских волн в плазме. Что это значит для будущего термоядерной энергетики — разбираемся в деталях.

Звёзды на Земле: мечта и её препятствия

Чтобы зажечь на Земле искусственное солнце, необходимо создать и удержать внутри мощного магнитного поля плазму, разогретую до сотен миллионов градусов. Основная надежда возлагается на тороидальные установки типа «токамак», где плазма удерживается в форме бублика. Устойчивость плазменного шнура — ключ ко всему. Однако в этой высокоэнергетической среде самопроизвольно рождаются особые электромагнитные волны — альфвеновские.

Альфвеновские волны: невидимые диверсанты

«Представьте, что вы пытаетесь удержать в руках тончайшую, раскалённую добела струну, — проводит аналогию Алексей Милехин. — И вдруг внутри неё самой начинает бегать мощная поперечная волна, которая рвёт эту струну. Альфвеновские волны — именно такие внутренние «диверсанты». Они забирают энергию плазмы, стремительно нарастают и могут привести к её резкому охлаждению или полному разрушению конфигурации».

Эти явления, называемые «желобковыми неустойчивостями» (от англ. chirping — щебетание), получили своё название из-за характерного «писка» — изменения частоты на записях датчиков. До недавнего времени механизм их зарождения был подобен призраку: последствия видели все, но где и как именно начинается процесс, оставалось загадкой.

Лабораторный детектив: от следа к источнику

Исследовательская группа из СПбПУ под руководством профессора Вадима Гущина подошла к проблеме как к сложнейшему детективному расследованию. Учёные создали и применили уникальную математическую модель, способную с высочайшей точностью описать поведение отдельных частиц в плазме — быстрых ионов, которые являются основным «топливом» для термоядерной реакции и одновременно потенциальным источником неустойчивости.

«Мы перестали смотреть на плазму просто как на горячую жидкость или газ, — объясняет Вадим Гущин. — Наша модель рассматривает траектории каждого быстрого иона в сложном магнитном поле. Это колоссальные вычислительные затраты, но только так можно понять, в какой точке и при каких условиях ионы начинают «сговариваться» и отдавать свою энергию зарождающейся волне».

Моделирование, проведённое на мощных суперкомпьютерах, показало, что волны-«диверсанты» рождаются не хаотично, а в строго определённых областях плазмы — там, где происходит резонанс между движением быстрых ионов и собственными колебаниями плазменного шнура. Это узкие, почти точечные зоны внутри плазменного «бублика»:

«Это как найти точное место, где невидимая рука начинает раскачивать маятник, — говорит Алексей Милехин. — Мы смогли увидеть, как несколько ионов, попав в особую зону с определённой скоростью и траекторией, синхронизируются и запускают цепную реакцию, порождающую разрушительную волну».

Прорыв с практической перспективой: от диагноза к лечению

Открытие петербургских политехников — это не просто академический интерес. Оно имеет прямое прикладное значение для всех крупнейших термоядерных проектов мира, включая международный экспериментальный реактор ИТЭР (ITER), строящийся во Франции.

Понимание «места рождения» неустойчивости позволяет перейти от пассивного наблюдения к активному подавлению. Зная критические зоны, инженеры могут:

• Оптимизировать форму магнитного поля, чтобы «размыть» резонансные области.
• Точечно вводить пучки нейтральных атомов или волны для стабилизации плазмы именно в зарождающемся очаге неустойчивости.
• Создать системы предиктивного (предсказывающего) контроля, которые будут гасить волну в зародыше, прежде чем она наберёт разрушительную силу.

«Раньше мы боролись со следствием, теперь мы понимаем причину, — резюмирует Вадим Гущин. — Это кардинально меняет подход к проектированию систем управления плазмой в реакторах нового поколения. Фактически, мы получили карту минных полей на пути к устойчивому термоядерному синтезу».

Российский код для мировой науки

Прорыв стал возможен благодаря созданному в СПбПУ уникальному программному коду. Он не имеет прямых аналогов в мире по своей детальности в описании физики быстрых частиц. Работа велась в тесном сотрудничестве с коллегами из ведущих научных центров, включая Курчатовский институт и зарубежных партнёров по проекту ИТЭР.

Это исследование — яркий пример того, как фундаментальная наука прокладывает путь для технологий будущего. Борьба с волнами-«диверсантами» — это сражение за экономическую и энергетическую безопасность человечества. И российские учёные только что выиграли в нём одно из ключевых сражений, поставив точку на карте термоядерной карты там, где раньше было лишь белое пятно.

Открытие учёных СПбПУ превращает загадочное и разрушительное явление из непредсказуемой силы в управляемый параметр. Это существенный шаг к тому дню, когда энергия термоядерного синтеза — безопасная, чистая и практически безграничная — перестанет быть мечтой и станет рабочей технологией, освещающей наш мир.

Татьяна Титова

Фото: нейросеть Kandinsky, https://www.iter.org/machine/what-tokamak