Локализация тепла в замагниченной плазме

В данной работе проведено теоретическое исследование возможности пространственно-временной локализации тепловой энергии в периферийном слое плазмы токамака ITER. Основное внимание уделено возможности формирования нитевидных структур распределения температуры в замагниченной плазме, когда  происходит конкуренция между двумя процессами: нелинейной теплопроводности поперёк магнитного поля и объёмных потерь энергии на тормозное излучение. Для решения задачи использована модель нелинейного теплопереноса, позволившая получить автомодельное аналитическое решение, описывающее эволюцию локализованного температурного профиля во времени. Установлено, что баланс между нелинейным переносом и охлаждением приводит к образованию устойчивых тепловых структур с конечным временем жизни. На примере прогнозируемых параметров периферийной плазмы ITER показано, что характерный пространственный масштаб локализации составляет несколько миллиметров, а время устойчивого существования структуры — порядка десятков миллисекунд. Полученные критерии локализации и оценки пространственно-временных масштабов имеют практическую значимость для анализа теплопереноса, интерпретации диагностических данных и прогнозирования поведения плазмы в периферийной области современных и перспективных токамаков. При этом, важно отметить, что речь идёт именно об электронной температуре в замагниченной плазме в области SOL. Разработанная модель и предложенные расчёты могут иметь практическое значение для диагностики параметров плазмы в периферийном слое токамака ITER, а также могут способствовать оптимизации режимом работы других плазменных установок.

1. Горев В. В., Григорьев С. Ф. Об охлаждении высокоэнергичной электронной компоненты в замагниченной плазме // Докл. АН СССР, 1981, Т. 259, № 3, С. 573–575.

2. Sizyuk V., Hassanein A. Comprehensive analysis of disruption mitigation methods using gas and pellet-like injections in ITER-like Tokamaks // Scientific Reports, 2025. V.15. art.number 32630. DOI: 10.1038/s41598-025-14407-z.

3. Хайрутдинов Р. Р., Лукаш В. Э., Пустовитов В. Д. Анализ электромагнитных нагрузок на вакуумную камеру при тепловом срыве в токамаке TRT // Физика плазмы, 2021, Т. 47, № 11, С. 1007–1015.

4. Colas L., Urbanczyk G., Goniche M., et al. The geometry of the ICRF-induced wave–SOL interaction. A multi machine experimental review in view of the ITER operation // Nuclear Fusion, 2021. V. 62, №1. DOI 10.1088/1741-4326/ac35f9.

5. Veselova I., Kaveeva E.,Rozhansky V., et al / SOLPS-ITER drift modelling of ITER burning plasmas with narrow near-SOL heat flux channels // Nuclear Materials and Energy, 2021. V.26, 100870. DOI 10.1016/j.nme.2020.100870.

6. Курдюмов С. Л., Куркина Е. С., Малинецкий Г. Г., Самарский А. А. Диссипативные структуры в неоднородной нелинейной горящей среде // Докл. АН СССР, 1980, Т. 251, с. 587-590.

7. Курдюмов С. Л., Малинецкий Г. Г., Повещенко Ю. А., Попов Ю.П., Самарский А. А. Взаимодействие диссипативных тепловых структур в нелинейных средах / Докл. АН СССР 1980, Т. 251, с. 836 - 839.

8. Трубников Б. А., Бажанова А. Е. Магнитное излучение слоя плазмы / В сб.: Физика плазмы и проблема управляемых термоядерных реакций. М.: Изд-во АН СССР, Т. III, 1958. С.121-147.

9. Кадомцев Б. Б. Коллективные явления в плазме. М. : Наука, 1976. 238 c.