Статья посвящена различным концепциям перспективных токамаков. Это первая часть обзора, в ближайших номерах выйдут еще три. Обзор составлен при сотрудничестве с Физическим факультетом МГУ им. М.В. Ломоносова и Физико-техническим институтом им. А.Ф. Иоффе РАН (г. Санкт Петербург).

В статье рассмотрена эволюция токамаков от круглых и вытянутых в вертикальном поперечном сечении с большим аспектным отношением токамаков до токамаков с малым аспектным отношением, вплоть до сферических. (Аспектное отношение — это отношение большого радиуса токамака к малому). Проведена классификация современных токамаков. Уделено внимание методам измерения характеристик плазмы, исполнительным устройствам, применяемым как при магнитном, так и при кинетическом управлении плазмой, а также для ее дополнительного нагрева. Рассмотрены магнитные и кинетические модели плазмы, неустойчивости и срывы плазменного шнура.

Токамаки, как инструмент получения управляемой термоядерной реакции, приобретают все большее значение. Токамаки не единственные, но на сегодняшний момент наиболее перспективные установки дляпо удержанияю высокотемпературной плазмы и полученияю термоядерной реакции. К числу научно-технических задач, связанных с управлением плазмой в токамаках, которые входят в компетенцию ИПУ РАН, относятся:

• построение динамических моделей плазмы по экспериментальным данным;

• восстановление равновесия плазмы по измерениям вне плазмы (распределения тороидального тока и магнитного полоидального потока, положения сепаратрисы) по измерениям вне плазмы;

• построение кинетических моделей плазмы: эволюции профилей тока плазмы, запаса устойчивости q, давления, температуры;

• разработка методов, алгоритмов и систем магнитного и кинетического управления плазмой;

• математическое моделирование процессов в плазме токамака и системах управления ею;

• внедрение систем управления плазмой в практику физического эксперимента, в частности, сферического токамака Глобус-М2 (ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН).

Журнал “Проблемы управления/Control Sciences” входит в базу данных лучших научных журналов России — Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science (WoS) и в список ВАК.

По словам Д.А. Новикова, члена-корреспондента РАН, Директора Института проблем управления РАН, проблема энергетического дефицита — одна из острейших, которая встанет перед человечеством в ближайшие десятилетия. Перспективный вариант решения этой проблемы — управляемый термоядерный синтез, на пути развития которого стоят сложные технологические задачи, в том числе задачи автоматического управления плазмой. Наш институт обладает огромным опытом решения задач управления сложными многоуровневыми динамическими системами, и наши ученые в сотрудничестве со своими российскими и зарубежными коллегами своими разработками в области управления плазмой в токамаках вносят посильный вклад в решение энергетической проблемы.