اكتشف فريق دولي من الباحثين طريقة للتحكم في حجم عدم الاستقرار في بلازما مفاعلات الاندماج. يمكن أن يؤدي عدم الاستقرار الكبير إلى إتلاف المفاعل ، في حين أن عدم الاستقرار الصغير قد يكون مفيدًا لإزالة نفايات الهيليوم من البلازما. لذلك ، يمكن أن يوفر الاكتشاف إرشادات مهمة لتشغيل مفاعلات الاندماج واسعة النطاق.
يمكن أن يوفر اندماج نوى الهيدروجين في بلازما محصورة مغناطيسيًا كميات هائلة من الطاقة الصديقة للبيئة. ومع ذلك ، لا يزال التحكم في البلازما فائقة السخونة يمثل تحديًا كبيرًا.
في مفاعلات توكاماك ذات الشكل الدائري الأكثر استخدامًا في تجارب الاندماج الحالية ، يتم تقييد البلازما بمجالات مغناطيسية قوية. وهذا يولد تدرجات ضغط شديدة الانحدار بين حافة البلازما وجدران المفاعل. إذا كان تدرج الضغط على الحافة كبيرًا جدًا ، فقد يؤدي ذلك إلى عدم استقرار يسمى أوضاع الحافة المحلية (ELMs). تنبعث منها رشقات نارية من الجسيمات والطاقة التي يمكن أن تسبب أضرارًا جسيمة لجدران المفاعل.
هذه الدراسة الأخيرة بقيادة جورج هارير في الجامعة التقنية في فيينا. لدراسة الظروف التي تخلق ELMs ، أجرى الفريق تجارب في ASDEX Upgrade tokamak في معهد ماكس بلانك لفيزياء البلازما في ألمانيا.
زيادة كثافة البلازما
وجدوا أنه يمكن تجنب ELMs الكبيرة عن طريق زيادة كثافة البلازما ، والنتيجة هي أصغر ELMs التي تحدث بشكل متكرر. بالإضافة إلى التسبب في ضرر أقل ، يمكن أن تساعد ELMs الصغيرة في إزالة نفايات الهيليوم من البلازما.
نتيجة JET القياسية والسعي للحصول على طاقة الاندماج
وجد الفريق أيضًا أنه في كثافات البلازما العالية ، يمكن التحكم في ظهور ELM عن طريق تعديل طوبولوجيا خطوط المجال المغناطيسي التي تحصر البلازما. في توكاماك ، تلتف خطوط المجال هذه حلزونيًا حول البلازما ، مما يعني أن القوى التي تنقلها تتناوب في الاتجاه بالنسبة إلى تدرجات الضغط. في بعض مناطق البلازما ، تعمل القوى ضد عدم الاستقرار بينما تشجع القوى في مناطق أخرى عدم الاستقرار. يمكن وصف هذه المفاضلة بعتبة عدم الاستقرار ، والتي تحدد التدرج الأدنى للضغط اللازم لإنشاء ELMs.
وجد Harrer وزملاؤه أن زيادة اللف الحلزوني للمجال المغناطيسي عزز عتبة عدم الاستقرار - وبالتالي قلل من إنتاج ELM. أيضًا ، أدت زيادة القص المغناطيسي عند حافة البلازما إلى عتبة عدم استقرار أكبر. القص المغناطيسي هو الزاوية بين خطي مجال مغناطيسي متقاطعين.
يؤدي استخدام بلازما ذات تدرج ضغط كبير إلى زيادة اكتساب طاقة الاندماج لمفاعل الاندماج ، مع زيادة خطر حدوث المفاضلة بين ELM. ومع ذلك ، يمكن أن تكون ELMs الصغيرة مفيدة لطرد نفايات الهيليوم. نتيجة لذلك ، يجب أن تكون هذه الظواهر متوازنة بدقة لتحسين تشغيل مفاعلات الاندماج المستقبلية. يوفر هذا البحث الأخير رؤى مهمة حول كيفية القيام بذلك.
يقوم الفريق بالإبلاغ عن النتائج التي توصل إليها في استعراض للحروف البدنية.
