Введение
Национальный эксперимент со сферическим тором (NSTX) – это устройство для магнитного термоядерного синтеза, основанное на концепции сферического токамака. Он был построен Принстонской лабораторией физики плазмы (PPPL) в сотрудничестве с Национальной лабораторией Оук-Ридж, Колумбийским университетом и Вашингтонским университетом в Сиэтле. Введен в эксплуатацию в 1999 году. В 2012 году был остановлен в рамках программы модернизации и преобразован в NSTX U (Upgrade – модернизация). Как и другие эксперименты по удержанию плазмы магнитным полем, NSTX изучает физические принципы термоядерной плазмы – ионизированных газов с достаточно высокой температурой и плотностью для протекания ядерного синтеза, удерживаемых магнитным полем. Сферическая конструкция токамака, реализованная в NSTX, является развитием традиционного токамака. Сторонники утверждают, что сферические токамаки обладают значительными практическими преимуществами по сравнению с традиционными токамаками. Именно поэтому сферический токамак вызывает значительный интерес с момента его разработки в конце 1980-х годов. Однако его развитие отстает примерно на одно поколение от основных разработок в области токамаков, таких как JET. К другим крупным экспериментам со сферическими токамаками относятся START и MAST, расположенные в Калхеме (Великобритания).
19992012 год
Первая плазма была получена на установке NSTX в пятницу, 12 февраля 1999 года в 19:06.
Эксперименты по управляемому термоядерному синтезу используют плазму, состоящую из одного или нескольких изотопов водорода. Например, в 1994 году Токамакский реактор испытаний термоядерного синтеза (TFTR) PPPL произвел мировой рекорд – 10,7 мегаватт мощности термоядерного синтеза из плазмы, состоящей из равных частей дейтерия и трития, топливной смеси, которая, вероятно, будет использоваться в коммерческих реакторах термоядерного синтеза. NSTX был экспериментом, призванным продемонстрировать принципиальную возможность, и поэтому использовал только дейтериевую плазму. В случае успеха, за ним должны были последовать аналогичные установки, в конечном итоге включая демонстрационный энергетический реактор (например, ITER), работающий на дейтериево-тритиевом топливе. NSTX создавал сферическую плазму с отверстием в центре (профиль, напоминающий "яблоко с сердцевиной"; см. MAST), отличающуюся от тороидальной плазмы обычных токамаков. Экспериментальная установка NSTX с низким отношением сторон A (то есть R/a = 1,31, где основной радиус R составляет 0,85 м, а малый радиус a – 0,65 м) обладала рядом преимуществ, включая стабильность плазмы благодаря улучшенному удержанию. К задачам проектирования относятся тороидальные и полоидальные катушки магнитного поля, вакуумные камеры и компоненты, контактирующие с плазмой. Эта плазменная конфигурация способна удерживать плазму с более высоким давлением, чем токамак с высоким отношением сторон при заданной силе магнитного поля удержания. Поскольку мощность термоядерного синтеза пропорциональна квадрату давления плазмы, использование сферической формы плазмы может позволить разработать более компактные, экономичные и стабильные реакторы термоядерного синтеза. Привлекательность NSTX может быть дополнительно усилена его способностью удерживать высокий "самозапускающийся" электрический ток. Этот внутренний ток в плазме снизит требования к мощности внешних токов, необходимых для нагрева и удержания плазмы.
Обновление 20122015
Строительство NSTX U (Upgrade) стоимостью 94 миллиона долларов было завершено в 2015 году. Он удваивает напряженность тороидального магнитного поля (до 1 Тесла), плазменный ток (до 2 МА) и мощность нагрева. Это увеличивает длительность импульса в пять раз. Для достижения этого был расширен центральный блок (CS) соленоида, и добавлены катушка ОН, внутренние полоидальные катушки и вторая линия нейтральных ионных пучков. В марте 2018 года был принят план перезапуска, с планируемым возобновлением работы в конце 2020 года, однако позже сроки были перенесены на 2022 год. По состоянию на 2022 год перезапуск все еще задерживался из-за проблемы с изоляцией между центральным соленоидом и окружающими его катушками.