Ένας τρόπος ελέγχου του μεγέθους των αστάθειας στο πλάσμα των αντιδραστήρων σύντηξης ανακαλύφθηκε από μια διεθνή ομάδα ερευνητών. Οι μεγάλες αστάθειες μπορούν να βλάψουν έναν αντιδραστήρα, ενώ μικρές αστάθειες θα μπορούσαν να αποδειχθούν χρήσιμες για την απομάκρυνση του άχρηστου ηλίου από το πλάσμα. Ως εκ τούτου, η ανακάλυψη θα μπορούσε να προσφέρει σημαντική καθοδήγηση για τη λειτουργία αντιδραστήρων σύντηξης μεγάλης κλίμακας.
Η σύντηξη πυρήνων υδρογόνου σε ένα μαγνητικά περιορισμένο πλάσμα θα μπορούσε να προσφέρει τεράστιες ποσότητες φιλικής προς το περιβάλλον ενέργειας. Ωστόσο, ο έλεγχος του υπερκαυτό πλάσματος παραμένει μια σημαντική πρόκληση.
Στους αντιδραστήρες tokamak σε σχήμα ντόνατς που χρησιμοποιούνται ευρέως στα τρέχοντα πειράματα σύντηξης, το πλάσμα περιορίζεται από ισχυρά μαγνητικά πεδία. Αυτό δημιουργεί απότομες κλίσεις πίεσης μεταξύ της άκρης του πλάσματος και των τοιχωμάτων του αντιδραστήρα. Εάν η κλίση πίεσης στο άκρο είναι πολύ μεγάλη, μπορεί να οδηγήσει σε αστάθειες που ονομάζονται τοπικές λειτουργίες ακμής (ELM). Αυτά εκπέμπουν εκρήξεις σωματιδίων και ενέργειας που μπορεί να προκαλέσουν σοβαρή ζημιά στα τοιχώματα του αντιδραστήρα.
Αυτή η τελευταία μελέτη έγινε με επικεφαλής τον Γκέοργκ Χάρερ στο Πολυτεχνείο της Βιέννης. Για να μελετήσει τις συνθήκες που δημιουργούν τα ELM, η ομάδα πραγματοποίησε πειράματα στο ASDEX Upgrade tokamak στο Ινστιτούτο Max Planck για τη Φυσική του Πλάσματος στη Γερμανία.
Αύξηση της πυκνότητας του πλάσματος
Βρήκαν ότι τα μεγάλα ELM μπορούν να αποφευχθούν αυξάνοντας την πυκνότητα του πλάσματος, με αποτέλεσμα μικρότερα ELM που εμφανίζονται πιο συχνά. Εκτός από την πρόκληση λιγότερης ζημιάς, τα μικρά ELM θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην απομάκρυνση του απόβλητου ηλίου από το πλάσμα.
Το αποτέλεσμα ρεκόρ του JET και η αναζήτηση για ενέργεια σύντηξης
Η ομάδα ανακάλυψε επίσης ότι σε υψηλές πυκνότητες πλάσματος, η εμφάνιση ELM μπορεί να ελεγχθεί ρυθμίζοντας την τοπολογία των γραμμών μαγνητικού πεδίου που περιορίζουν το πλάσμα. Σε ένα tokamak, αυτές οι γραμμές πεδίου τυλίγονται ελικοειδώς γύρω από το πλάσμα, που σημαίνει ότι οι δυνάμεις που εκπέμπουν εναλλάσσονται προς την κατεύθυνση σε σχέση με τις κλίσεις πίεσης. Σε ορισμένες περιοχές του πλάσματος, οι δυνάμεις λειτουργούν ενάντια στην αστάθεια, ενώ σε άλλες περιοχές οι δυνάμεις ενθαρρύνουν την αστάθεια. Αυτή η αντιστάθμιση μπορεί να χαρακτηριστεί από ένα όριο αστάθειας, το οποίο καθορίζει την ελάχιστη κλίση πίεσης που απαιτείται για τη δημιουργία ELM.
Ο Harrer και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν ότι η αύξηση της ελικοειδούς περιέλιξης του μαγνητικού πεδίου αύξησε το κατώφλι αστάθειας - και επομένως μείωσε την παραγωγή ELM. Επίσης, η αύξηση της μαγνητικής διάτμησης στην άκρη του πλάσματος οδήγησε σε μεγαλύτερο όριο αστάθειας. Η μαγνητική διάτμηση είναι η γωνία μεταξύ δύο διασταυρούμενων γραμμών μαγνητικού πεδίου.
Η χρήση πλάσματος με μεγάλη κλίση πίεσης αυξάνει το κέρδος ενέργειας σύντηξης ενός αντιδραστήρα σύντηξης, με την αντιστάθμιση να είναι ένας αυξανόμενος κίνδυνος βλάβης του ELM. Ωστόσο, τα μικρά ELM θα μπορούσαν να αποδειχθούν χρήσιμα για την αποβολή του άχρηστου ηλίου. Ως αποτέλεσμα, αυτά τα φαινόμενα πρέπει να είναι καλά ισορροπημένα για να βελτιστοποιηθεί η λειτουργία των μελλοντικών αντιδραστήρων σύντηξης. Αυτή η τελευταία έρευνα παρέχει σημαντικές πληροφορίες για το πώς θα μπορούσε να γίνει αυτό.
Η ομάδα αναφέρει τα ευρήματά της στο Επιστολές Φυσικής Επισκόπησης.
