51°39′33″с.ш. 1°13′50″з.д. / 51,65917°с.ш. 1,23056°з.д. / 51,65917; -1,23056
Mega Ampere Spherical Tokamak ( MAST ) был экспериментом по ядерному синтезу , тестирующим сферический реактор ядерного синтеза токамак , и заказанным EURATOM / UKAEA . Первоначальный эксперимент MAST проводился в Калхэмском центре термоядерной энергии , Оксфордшир , Англия, с декабря 1999 года по сентябрь 2013 года. Последующий эксперимент под названием MAST Upgrade начал работу в 2020 году. [1]
Сферический токамак по форме больше похож на очищенное от сердцевины яблоко, чем на традиционную тороидальную конструкцию в форме пончика, используемую в таких экспериментах, как ИТЭР . Сферические токамаки более эффективны в использовании магнитного поля.
MAST включал инжектор нейтрального пучка для нагрева плазмы. Он использовал технику компрессии слияния для формирования плазмы вместо обычной прямой индукции. Компрессия слияния сохраняет поток центрального соленоида , который затем может быть использован для увеличения тока плазмы и/или поддержания требуемого тока с плоской вершиной.
Объем плазмы MAST составлял около 8 кубических метров. Он удерживал плазму с плотностью порядка 10 20 /м 3 .
Плазма MAST имела почти круглый внешний профиль. Расширения сверху и снизу — это плазма, текущая к кольцевым диверторам , ключевая особенность современных конструкций токамаков.
MAST подтвердил повышенную эффективность работы сферических токамаков, продемонстрировав высокую бету (отношение давления плазмы к давлению ограничивающего магнитного поля). MAST провел эксперименты по контролю и смягчению неустойчивостей на краю плазмы — так называемых Edge Localised Modes или ELM.
MAST был разработан для подтверждения результатов более раннего эксперимента на токамаке с малым аспектным отношением (START) (1990–1998 гг.) в более крупном, более целенаправленном эксперименте.
Проектирование MAST продолжалось с 1995 по 1997 год, строительство началось в 1997 году, а первая плазма была получена в 1999 году.
Первые результаты MAST показывают, что режим H достигается с большей легкостью и меньшими затратами энергии, чем ожидалось, при значительном улучшении удержания, что является фундаментальным моментом для любого сценария производства энергии. Наконец, были успешно протестированы различные сценарии для уменьшения потока энергии в центральном соленоиде по сравнению с током плазмы, что представляет собой еще один фундаментальный момент для проектирования демонстрационного сферического токамака. [2]
За время своего существования MAST произвел 30 471 плазму (импульсами до 0,5 сек). В октябре 2013 года реактор был остановлен для модернизации до MAST Upgrade. [3]
MAST Upgrade — это эксперимент-преемник MAST, также в Калхэмском центре. Модернизация, которая обошлась в 45 млн фунтов стерлингов, началась в 2013 году и, как ожидалось, значительно превзойдет MAST по мощности нагрева, току плазмы, магнитному полю и длине импульса.
MAST Upgrade начал работу 29 октября 2020 года. [4]
Одной из самых примечательных особенностей MAST Upgrade является дивертор Super-X. Дивертор удаляет избыток тепла и примесей из плазмы. Обычные конструкции дивертора в масштабах электростанции будут испытывать высокие тепловые нагрузки и должны будут регулярно заменяться. Ожидалось, что дивертор Super-X будет создавать тепловые нагрузки, которые примерно в десять раз ниже [5], и изначально считался успешным. [6]
Проектирование следующего поколения сферического токамака для производства энергии (STEP) началось в 2019 году с государственным финансированием в размере 220 миллионов фунтов стерлингов. Планируется начать эксплуатацию в 2040-х годах. [7] Текущий план не включает установку по производству трития. [8]