Магнитное зеркало — это труба, открытая с обоих концов. Магнитное поле в ней устроено так, чтобы горячая плазма не вытекала наружу: на концах оно сгущается, как пробка в бутылке. Частицы плазмы, летящие к выходу, отталкиваются от этих «пробок» и возвращаются обратно. Но часть всё равно ускользает — таков классический аргумент «конуса потерь».
Авторы новой работы подошли к задаче как к математической оптимизации. Они искали наилучшую форму магнитного поля, решая уравнения для заряженных частиц и самосогласованного электрического поля (которое плазма создаёт сама себе). И тут открылись два сюрприза. Первый: это электрическое поле работает как дополнительная стена — оно отражает частицы даже там, где магнитное поле ослаблено. Второй сюрприз: если учитывать только электроны, оптимальная форма поля — горб в центре трубы. А если добавить ионы, форма становится привычной — с пиками на концах.
Получается, что магнитное зеркало — не просто магнитная бутылка. Это живая система, где форма поля и электрический «забор» должны настраиваться вместе. Без учёта этой связи оптимальную ловушку не построить.
Магнитные зеркала — одни из первых устройств для удержания плазмы. В 1950-х их предлагали как более простую альтернативу замкнутым камерам-бубликам, но долгое время считалось, что потери через концы слишком велики. Теперь выясняется, что электрическое поле самой плазмы может сильно уменьшить эти потери.
В романе «Землянин» Тони Дэниела для межзвёздных перелётов используется двигатель на основе магнитной ловушки с открытыми концами — прямо как в этой работе.