Экспериментальная установка Wendelstein 7-X (W7-X) изучает реакцию термоядерного синтеза в реакторе типа стелларатор, замкнутой магнитной ловушке тороидальной формы. Одной из ключевых проблем в таких установках является удержание быстрых альфа-частиц (ядер гелия-4), образующихся в ходе реакции синтеза. Эти высокоэнергетические частицы необходимы для поддержания экстремальных температур, необходимых для стабильного протекания реакции. Если они высвобождаются слишком быстро, у них не получается нагревать плазму.

Поскольку W7-X — экспериментальный стелларатор, а не полноценная термоядерная электростанция, он меньше по размеру. Поэтому поведение альфа-частиц должно моделироваться с использованием частиц с более низкой энергией — более легких ионов гелия-3, ускоренных до нужного уровня энергии.

Для этого применяется метод ионно-циклотронного резонансного (ИЦР) нагрева, при котором используются высокочастотные волны мегаваттного диапазона. Подавая электромагнитные волны в плазму, содержащую водород и гелий-4, и настраивая их на определенную частоту, на которой ионы гелия-3 естественным образом вращаются вокруг линий магнитного поля, частицы эффективно поглощают энергию.

«Это первый случай, когда в стеллараторе были получены высокоэнергетические ионы гелия-3 с использованием ионно-циклотронного резонансного нагрева: первый в мире случай в термоядерном синтезе», — говорится в пресс-релизе.

Помимо практического значения для энергетики эксперимент позволил ученым установить, что те же самые резонансные процессы, которые управляют частицами гелия-3 в W7-X, могут объяснить периодическое появление облаков гелия-3 в атмосфере Солнца.

Осенью прошлого года немецкие физики провели успешные испытания гиротрона устройства, обеспечивающего нагрев и стабилизацию плазмы — для стелларатора W7-X.