Випробування дослідної установки ELISE прискорять пуск реактора термоядерного синтезу ITER
Нова експериментальна установка ELISE, створена неподалік від Мюнхена вченими та інженерами Інституту фізики плазми Макса Планка (Max Planck Institute for Plasma Physics, IPP), служить для перевірки та відпрацювання технологій, які будуть використані у створенні нового реактора термоядерного синтезу ITER, спорудження якого ведеться зараз на півдні Франції. Установка ELISE стане прототипом пристрою, який буде нагрівати плазму всередині реактора ITER до температур, що перевищують температуру в ядрі Сонця.
C допомогою установки ELISE (Extraction from a Large Ion Source) буде виконана перевірка інжекторів нейтральних частинок (neutral particle injectors), пристроїв, які будуть розганяти нейтральні атоми водню і стріляти ними в плазму, що знаходиться в центрі реактора. Атоми водню будуть стикатися з частинками плазми і передавати їм частину кінетичної енергії, що викличе підйом температури до досить високого значення.
Інжектори нейтральних частинок - це один з основних способів нагрівання плазми в реакторах термоядерного синтезу. За допомогою методу інжекції можна досягти температури плазми з іонів водню, що перевищує 100 мільйонів градусів Кельвіна, при якій енергії руху іонів достатньо для подолання сил електростатичного відштовхування і для зближення ядер речовини на відстань, достатню для початку ядерного синтезу.
У реакторі ITER буде встановлено два інжектора нейтральних променів, але, оскільки реактор ITER має у вісім разів більший обсяг, ніж обсяг найбільшого існуючого реактора, реактора JET (Joint European Torus), розташованого у Великобританії, то інжектори ITER повинні мати велику потужність і великі розміри для того, що б "закачати" 16.5 МВт енергії в плазму, об'ємом 800 кубічних метрів. "Якщо існуючі інжектори умовно прирівняти до розміру тарілки, то інжектори ITER повинні мати розмір двері", - розповіли в прес-релізі представники IPP.
Інжектори нейтральних частинок працюють, прискорюючи іони водню, які мають електричний заряд, за допомогою магнітних полів. А безпосередньо перед випуском прискореного променя в плазму іони водню перетворюють в нейтральні атоми, даючи їм можливість захопити вільний електрон. Інжектори реактора ITER повинні будуть розігнати іони водню до швидкості 9000 км/с, що приблизно в чотири рази більше, ніж це роблять існуючі інжектори інших реакторів. Тільки на такій швидкості промінь атомів водню буде нести енергію, достатню для проникнення і розігріву центру плазмового шнура.
В установці ELISE, яку будують у Гархінге вже три роки, буде перевірений новий тип джерел іонів для інжектора. У попередніх експериментах в області термоядерного синтезу використовувалося прискорення іонів водню, що несуть позитивний електричний заряд. Такі іони досить стабільні, але чим швидше вони розігнані, тим важче йому захопити вільний електрон і нейтралізувати свій електричний заряд. Тому в инжекторах реактора ITER будуть розганятися іони, що несуть негативний електричний заряд, іони, заряд яких значно легше нейтралізувати, але вони менш стабільні і їх важко контролювати. Додатковий електрон, що надає частці негативний заряд, пов'язаний з ядром атома дуже слабко і легко відділяється, після чого частку стає неможливим розганяти далі до більш високої швидкості.
Дослідники з IPP розробляли джерело негативних іонів, починаючи з 2007 року. В даний час розроблений ними джерело був вдосконалений для використання у складі інжектора реактора ITER. А той джерело, який буде перевірений на установці ELISE, має розміри в два рази менші, ніж пристрій, яке буде працювати в реакторі ITER. Етап досліджень і випробувань нового джерела негативних іонів і інжектора нейтральних частинок на установці ELISE займуть приблизно два роки часу.
Після цього реалізацією розроблених і перевірених технологій займуться інша установа, італійське Національне агентство нових технологій (Italian National Agency for New Technologies, Energy and Sustainable Economic Development), під керівництвом якого будуть створені і встановлені в реакторі ITER робочі інжектори. А перші пуски реактора, згідно з планами, повинні початися в 2020 році.