ناپایداری‌های راکتور فیوژن را می‌توان با تنظیم چگالی پلاسما و میدان‌های مغناطیسی بهینه کرد.

روشی برای کنترل اندازه ناپایداری ها در پلاسمای راکتورهای همجوشی توسط یک تیم بین المللی از محققان کشف شده است. ناپایداری های بزرگ می تواند به یک راکتور آسیب برساند، در حالی که ناپایداری های کوچک می تواند برای حذف هلیوم زباله از پلاسما مفید باشد. بنابراین، این کشف می تواند راهنمایی مهمی برای عملکرد راکتورهای همجوشی در مقیاس بزرگ باشد.

ادغام هسته های هیدروژن در یک پلاسمای محصور مغناطیسی می تواند مقادیر زیادی انرژی سازگار با محیط زیست را ارائه دهد. با این حال، کنترل پلاسمای فوق داغ همچنان یک چالش مهم است.

در راکتورهای توکاماک دوناتی شکل که به طور گسترده در آزمایش های همجوشی فعلی استفاده می شود، پلاسما توسط میدان های مغناطیسی قوی محدود می شود. این شیب فشار تند بین لبه پلاسما و دیواره های راکتور ایجاد می کند. اگر گرادیان فشار در لبه خیلی زیاد باشد، می‌تواند منجر به ناپایداری‌هایی شود که به آن حالت‌های موضعی لبه (ELM) می‌گویند. این ذرات و انرژی از خود ساطع می کنند که می تواند آسیب جدی به دیواره های راکتور وارد کند.

این مطالعه اخیر توسط گئورگ هارر در دانشگاه فنی وین برای مطالعه شرایط ایجاد ELM، تیم آزمایش‌هایی را در ASDEX Upgrade tokamak در موسسه ماکس پلانک برای فیزیک پلاسما در آلمان انجام داد.

افزایش تراکم پلاسما

آنها دریافتند که ELM های بزرگ را می توان با افزایش چگالی پلاسما اجتناب کرد، در نتیجه ELM های کوچکتر هستند که بیشتر رخ می دهند. علاوه بر ایجاد آسیب کمتر، ELM های کوچک می توانند به حذف هلیوم زباله از پلاسما کمک کنند.

این تیم همچنین دریافت که در تراکم های پلاسما بالا، ظهور ELM ها را می توان با تنظیم توپولوژی خطوط میدان مغناطیسی محدود کننده پلاسما کنترل کرد. در توکامک، این خطوط میدان به صورت مارپیچ در اطراف پلاسما می پیچند، به این معنی که نیروهایی که وارد می کنند در جهت متناوب نسبت به گرادیان فشار هستند. در برخی از مناطق پلاسما، نیروها علیه بی ثباتی عمل می کنند در حالی که در مناطق دیگر نیروها ناپایداری را تشویق می کنند. این مبادله را می توان با یک آستانه ناپایداری مشخص کرد که حداقل گرادیان فشار مورد نیاز برای ایجاد ELM را مشخص می کند.

هارر و همکارانش دریافتند که افزایش سیم پیچی مارپیچ میدان مغناطیسی آستانه ناپایداری را افزایش می دهد و بنابراین تولید ELM را کاهش می دهد. همچنین، افزایش برش مغناطیسی در لبه پلاسما منجر به یک آستانه ناپایداری بزرگتر شد. برش مغناطیسی زاویه بین دو خط میدان مغناطیسی متقاطع است.

استفاده از پلاسما با گرادیان فشار زیاد، بهره انرژی همجوشی راکتور همجوشی را افزایش می‌دهد و این معاوضه باعث افزایش خطر آسیب ELM می‌شود. با این حال، ELM های کوچک می توانند برای دفع هلیوم زباله مفید باشند. در نتیجه، این پدیده ها باید به خوبی متعادل شوند تا عملکرد راکتورهای همجوشی آینده بهینه شود. این آخرین تحقیق بینش های مهمی در مورد چگونگی انجام این کار ارائه می دهد.

این تیم یافته های خود را در Physical Review Letters به.