En måde at kontrollere størrelsen af ustabilitet i plasma af fusionsreaktorer er blevet opdaget af et internationalt hold af forskere. Store ustabiliteter kan beskadige en reaktor, mens små ustabiliteter kan vise sig nyttige til at fjerne affaldshelium fra plasmaet. Derfor kan opdagelsen give vigtig vejledning til driften af storskala fusionsreaktorer.
Fusionen af brintkerner i et magnetisk afgrænset plasma kunne levere enorme mængder af miljøvenlig energi. Det er dog fortsat en betydelig udfordring at kontrollere det supervarme plasma.
I de doughnutformede tokamak-reaktorer, der er mest brugt i nuværende fusionseksperimenter, er plasma begrænset af stærke magnetiske felter. Dette genererer stejle trykgradienter mellem kanten af plasmaet og reaktorvæggene. Hvis trykgradienten ved kanten er for stor, kan det føre til ustabiliteter kaldet edge localized modes (ELM'er). Disse udsender udbrud af partikler og energi, der kan forårsage alvorlig skade på reaktorvæggene.
Denne seneste undersøgelse blev ledet af Georg Harrer ved det tekniske universitet i Wien. For at studere de forhold, der skaber ELM'er, udførte holdet eksperimenter på ASDEX Upgrade tokamak på Max Planck Institute for Plasma Physics i Tyskland.
Forøgelse af plasmatæthed
De fandt ud af, at store ELM'er kan undgås ved at øge plasmadensiteten, hvilket resulterer i mindre ELM'er, der forekommer hyppigere. Ud over at forårsage mindre skade, kan små ELM'er hjælpe med at fjerne affaldshelium fra plasmaet.
JETs rekordresultat og jagten på fusionsenergi
Holdet fandt også ud af, at ved høje plasmadensiteter kan fremkomsten af ELM'er kontrolleres ved at justere topologien af de magnetiske feltlinjer, der begrænser plasmaet. I en tokamak snor disse feltlinjer sig spiralformet rundt om plasmaet, hvilket betyder, at de kræfter, de bibringer, veksler i retning i forhold til trykgradienterne. I nogle områder af plasmaet modvirker kræfterne ustabilitet, hvorimod kræfterne i andre områder fremmer ustabilitet. Denne afvejning kan karakteriseres ved en ustabilitetstærskel, som definerer den minimale trykgradient, der er nødvendig for at skabe ELM'er.
Harrer og kolleger fandt ud af, at en forøgelse af magnetfeltets spiralvikling øgede ustabilitetstærsklen – og derfor reducerede ELM-produktionen. Også øget den magnetiske forskydning ved kanten af plasmaet førte til en større ustabilitetstærskel. Den magnetiske forskydning er vinklen mellem to krydsende magnetfeltlinjer.
Brug af et plasma med en stor trykgradient øger fusionsenergigevinsten i en fusionsreaktor, hvor afvejningen er en stigende risiko for ELM-skader. Men små ELM'er kan vise sig nyttige til at uddrive affaldshelium. Som følge heraf skal disse fænomener være fint afbalancerede for at optimere driften af fremtidige fusionsreaktorer. Denne seneste forskning giver vigtig indsigt i, hvordan det kunne gøres.
Holdet rapporterer sine resultater i Physical Review Letters.
