近日，俄罗斯科学院西伯利亚分院布德克核物理研究所(新西伯利亚)的专家为俄罗斯托卡马克 Globus-M2 开发了一套等离子体密度控制系统。该系统在2024年底的实验中成功证明了其有效运行，相关工作得到了俄罗斯科学基金会的资助。
该控制系统的主要功能是在托卡马克装置中监测并维持电离气体的电子密度在给定值。这一目标的实现得益于新西伯利亚物理学家开发的一种色散干涉仪，这是一种罕见的诊断系统，能够通过探测两个波长来精确测量等离子体密度。每20微秒，该装置就能提供关于等离子体中电子浓度的准确数据。
在此基础上，INP SB RAS(俄罗斯科学院西伯利亚物理研究所)的专家为色散干涉仪配备了附加的反馈系统。这一系统不仅能够控制等离子体密度水平，还能对其进行管理，确保在放电持续时间内不断维持所需的值。在实验中，该系统成功地在仅250毫秒的放电时间内将等离子体密度控制在指定水平。
托卡马克 Globus-M2
俄罗斯科学院西伯利亚研究物理研究所研究员斯维特拉娜·伊万年科表示：“等离子体密度和温度是受控聚变实验成功的关键参数。因此，测量它们的诊断系统也至关重要。干涉法是测量等离子体电子密度的可靠工具，但经典的干涉仪设计对振动非常敏感。为了克服这一缺点，我们开发了一种独特的色散干涉仪，它对任何类型的振动都具有最小的敏感度。”
色散干涉仪基于辐射波长约为10微米的CO2激光，作为托卡马克标准诊断的一部分已经运行了三年。在Globus-M2托卡马克中，它的重要性在于能够监测线密度，这对于在相对较弱的限制磁场中容纳高密度等离子体至关重要。
约菲研究所首席研究员弗拉基米尔·米纳耶夫指出：“球形托卡马克的一个特殊之处在于其能够在弱磁场中维持高密度等离子体。以前使用的微波干涉仪在这种条件下表现不佳，而色散干涉仪则表现出色。此外，与汤姆逊散射诊断装置相比，色散干涉仪在成本、复杂性和使用便利性方面具有许多竞争优势。”
上面的图表显示了没有使用 INP SB RAS 控制系统时等离子体电子密度的变化。下图显示的是控制系统如何有效地维持设定的密度。电子密度值由微波干涉仪、色散干涉仪和汤姆逊散射诊断仪测量
在实验过程中，自动系统将色散干涉仪测量的等离子体密度值与操作员设定的水平进行比较，并根据不匹配误差产生控制信号，调整向托卡马克室供应的气体，从而改变等离子体密度。
此次实验结果对于进一步开发和使用具有此功能的诊断技术具有重要意义，这些技术可用于磁等离子体约束装置，如T-15MD托卡马克(莫斯科，库尔恰托夫研究所)和采用反应堆技术设计的托卡马克-TRT。
弗拉基米尔·米纳耶夫补充道：“对于Globus来说，反馈密度控制回路并不是很相关，但对于具有长放电持续时间的下一代装置来说，它将非常重要。未来，在制造工业设备时，还需要解决从壁面回收的原子等不受控制的原子源问题。”
