Rahvusvaheline teadlaste meeskond on avastanud viisi termotuumasünteesi reaktorite plasmas esinevate ebastabiilsuste suuruse kontrollimiseks. Suured ebastabiilsused võivad reaktorit kahjustada, samas kui väikesed ebastabiilsused võivad osutuda kasulikuks heeliumijäätmete eemaldamiseks plasmast. Seetõttu võib avastus anda olulisi juhiseid suuremahuliste termotuumasünteesireaktorite tööks.
Vesiniku tuumade liitmine magnetiliselt suletud plasmas võib anda tohutul hulgal keskkonnasõbralikku energiat. Siiski on ülikuuma plasma kontrollimine endiselt oluline väljakutse.
Praegustes termotuumasünteesikatsetes kõige laialdasemalt kasutatavates sõõrikukujulistes tokamakreaktorites on plasma piiratud tugevate magnetväljadega. See tekitab järsud rõhugradiendid plasma serva ja reaktori seinte vahel. Kui rõhugradient servas on liiga suur, võib see põhjustada ebastabiilsust, mida nimetatakse serva lokaliseeritud režiimideks (ELM). Need eraldavad osakesi ja energiat, mis võivad reaktori seinu tõsiselt kahjustada.
Seda viimast uuringut juhtis Georg Harrer Viini Tehnikaülikoolis. ELM-i loovate tingimuste uurimiseks viis meeskond läbi katseid Saksamaal Max Plancki plasmafüüsika instituudi ASDEX Upgrade tokamakil.
Plasma tiheduse suurendamine
Nad leidsid, et suuri ELM-e saab vältida plasmatiheduse suurendamisega, mille tulemuseks on väiksemad ELM-id, mis esinevad sagedamini. Lisaks väiksematele kahjustustele võivad väikesed ELM-id aidata heeliumijäätmeid plasmast eemaldada.
JETi rekordtulemus ja termotuumaenergia püüdlus
Meeskond leidis ka, et suure plasmatiheduse korral saab ELM-ide tekkimist kontrollida plasmat piiravate magnetvälja joonte topoloogia kohandamisega. Tokamakis keerlevad need väljajooned spiraalselt ümber plasma, mis tähendab, et jõud, mille nad avaldavad, vahelduvad rõhugradientide suhtes. Mõnes plasma piirkonnas töötavad jõud ebastabiilsuse vastu, samas kui teistes piirkondades soodustavad jõud ebastabiilsust. Seda kompromissi saab iseloomustada ebastabiilsuse lävega, mis määrab ELM-ide loomiseks vajaliku minimaalse rõhugradiendi.
Harrer ja tema kolleegid leidsid, et magnetvälja spiraalse mähise suurendamine suurendas ebastabiilsuse läve ja vähendas seega ELM-i tootmist. Samuti tõi plasma serva magnetilise nihke suurendamine kaasa suurema ebastabiilsuse läve. Magnetnihke on nurk kahe ristuva magnetvälja joone vahel.
Suure rõhugradiendiga plasma kasutamine suurendab termotuumasünteesi reaktori termotuumasünteesi energia suurenemist, kusjuures kompromiss on ELM-i kahjustuste suurenemise oht. Väikesed ELM-id võivad aga osutuda kasulikuks heeliumijäätmete väljutamiseks. Selle tulemusena peavad need nähtused olema hästi tasakaalustatud, et optimeerida tulevaste termotuumasünteesi reaktorite tööd. See viimane uuring annab olulisi teadmisi selle kohta, kuidas seda teha.
Meeskond teatab oma järeldustest aastal Physical Review Letters.
