Пылесос втягивает пыль, даже если её больше у сопла. Так и в токамаке: частицы плазмы стягиваются к центру, хотя у края их плотность выше. Это явление называют пинчем частиц, и оно противоречит обычному правилу, что всё стремится из густого места в разреженное.

Учёные смоделировали край плазмы в установке Alcator C-Mod и увидели, как из плоского профиля плотности за несколько миллисекунд вырастает пик в центре. Пылесос включается сам, без внешних команд. Сначала работает турбулентность: вихри плазмы переносят частицы внутрь, когда температура растёт к краю, а плотность к центру. Это как если бы в толпе люди передавали друг друга в нужную сторону, хотя каждый шаг случаен.

Второй механизм оказался неожиданным. Обычная теория говорит, что электрическое поле должно толкать частицы наружу или вовсе не действовать. Но в модели учли сопротивление плазмы и инерцию электронов, и поле получило небольшой сдвиг, достаточный для втягивания. Это как если бы у пылесоса нашли вторую кнопку, о которой раньше не знали.

Контрольный опыт подтвердил догадку: когда убрали перенос тепла поперёк поля, пик плотности исчез. Значит, именно неравномерность нагрева создаёт асимметрию, которая включает пылесос. Раньше считали, что такой эффект возможен только в турбулентном хаосе, а теперь видно, что и спокойное поле может работать.

Этот результат важен для термоядерных реакторов. Чтобы удержать плазму, нужно знать, где окажутся частицы топлива. Если пылесос работает всегда, можно точнее предсказывать профиль плотности и лучше проектировать будущие установки. Пылесос оказался не игрушкой, а рабочим инструментом.