100 МИЛЛИОНОВ ГРАДУСОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОНОВ КОМПАКТНОЙ ТЕРМОЯДЕРНОЙ УСТАНОВКИ

В будущем термоядерном реакторе, который «горит» самостоятельно, альфа-частицы, рождающиеся при синтезе, будут отдавать большую часть своей энергии электронам плазмы через столкновения. Насколько горячими станут эти электроны и как быстро будет утекать их тепло, во многом определит, насколько хорошо работает реактор.

Один из способов нагревать электроны напрямую — микроволны: электронно-циклотронный резонансный нагрев, или ЭЦР-нагрев (ECRH). Ожидается, что в будущих компактных термоядерных установках он будет играть всё большую роль. Однако эксперименты на сферических токамаках — очень компактных установках, удерживающих плазму магнитным полем, — в основном проводились с нагревом пучками быстрых нейтральных частиц и с горячими ионами. Плазма, в которой горячие электроны нагреваются почти исключительно микроволнами, по словам авторов, остаётся во многом неисследованной.

Разряд 18325

Гуан Ян, Юэцзян Ши и команда EXL-50U — сферического токамака, которым управляет компания ENN Fusion в Пекине, — сообщают об одном таком разряде. Во время разряда 18325 ток плазмы составлял около 500 килоампер, а нагревали её только микроволнами на частоте 50 гигагерц от двух систем, работавших одна за другой: сначала антенна мощностью около 230 киловатт до 0,5 секунды, затем вторая — около 200 киловатт.

• Пока работала первая антенна, электроны в центре оставались около 2 кэВ.
• После переключения их температура быстро выросла. На 0,60 секунды лазерная диагностика (томсоновское рассеяние) показала в центре около 10 кэВ. Поскольку погрешности велики, команда оставляет 8,6 кэВ — 100 миллионов кельвинов — как осторожную нижнюю границу.
• Горячая фаза длилась около 150 миллисекунд при очень низкой плотности в центре — около 0,4 × 10¹⁹ частиц на кубический метр, — а затем оборвалась, когда ток начали снижать и плотность выросла.

Разряд 18325 на EXL-50U: электронная температура в центре (панель a6) достигает пика около 0,6 с после переключения на вторую микроволновую систему; панель B показывает резко пикированный профиль температуры. — Рисунок 1, Yang et al. (2026), arXiv:2610.14684.

Поскольку вводимая мощность при переключении почти не изменилась, авторы связывают скачок с изменением того, где вторая антенна выделяет свою энергию, — вне оси, согласно их модели трассировки лучей. Точный механизм, как и то, является ли решающей причиной различная поляризация двух волн, остаются открытыми вопросами.

Горячие электроны, холодные ионы

Профиль температуры сильно пикирован: на полпути к краю он падает примерно до 1 кэВ, тогда как плотность остаётся почти плоской. Тепло сосредоточено вблизи оси.

Ионы во время горячего окна не измерялись. В тот же день рентгеновский спектрометр показал, что ионы в центре группируются около 0,5 кэВ, а в соседних разрядах отношение электронной температуры к ионной росло по мере снижения плотности. Иначе говоря, при низкой плотности электроны и ионы этой плазмы сильно разобщены: 100 миллионов градусов принадлежат одним электронам.

Команда также смоделировала, как уходит тепло. Тепло электронов утекает в 100–10 000 раз быстрее, чем предсказывает простейшая столкновительная теория, — физики называют это аномальным переносом, — но вблизи самой оси меньше. Моделирование указывает на два вида мелкомасштабной неустойчивости — одну в центре и одну на половине радиуса; авторы подчёркивают, что это не количественный прогноз потерь тепла.

Что стоит иметь в виду

Центральная температура сопровождается оговорками, которые авторы перечисляют. При столь низкой плотности измерение зашумлено; оно предполагает, что электроны подчиняются обычному тепловому распределению, а возможные «нетепловые» быстрые электроны, порождаемые микроволнами, не разрешаются. Уровень примесей в плазме был принят, а не измерен.

Следует отметить и конфликт интересов. Авторы связаны с ENN Fusion — частной компанией, которая эксплуатирует EXL-50U, а работа финансировалась одной из компаний ENN. Они заявляют об отсутствии конфликтов и утверждают, что спонсор не играл роли в исследовании. Тем не менее это компания, сообщающая о рекордном достижении собственной установки в коротком препринте, не прошедшем рецензирование.