Kansainvälinen tutkijaryhmä on löytänyt tavan hallita fuusioreaktorien plasman epävakauksien kokoa. Suuret epästabiilisuudet voivat vahingoittaa reaktoria, kun taas pienet epävakaudet voivat osoittautua hyödyllisiksi jätteen heliumin poistamisessa plasmasta. Siksi löytö voisi tarjota tärkeitä ohjeita suurten fuusioreaktorien toimintaan.
Vetyytimien fuusio magneettisesti suljetussa plasmassa voisi tuottaa valtavia määriä ympäristöystävällistä energiaa. Superkuuman plasman hallinta on kuitenkin edelleen merkittävä haaste.
Nykyisissä fuusiokokeissa yleisimmin käytetyissä munkkimaisissa tokamak-reaktoreissa plasmaa rajoittavat voimakkaat magneettikentät. Tämä synnyttää jyrkkiä painegradientteja plasman reunan ja reaktorin seinämien väliin. Jos painegradientti reunassa on liian suuri, se voi johtaa epävakauteen, jota kutsutaan reunalokalisoiduiksi moodeiksi (ELM). Nämä säteilevät hiukkasten ja energian purkauksia, jotka voivat aiheuttaa vakavia vaurioita reaktorin seinille.
Tätä viimeisintä tutkimusta johti Georg Harrer Wienin teknisessä yliopistossa. Tutkiakseen olosuhteita, jotka luovat ELM:itä, ryhmä suoritti kokeita ASDEX Upgrade tokamakissa Max Planck Institute for Plasma Physicsissa Saksassa.
Plasman tiheyden lisääminen
He havaitsivat, että suuret ELM:t voidaan välttää lisäämällä plasman tiheyttä, minkä seurauksena pienempiä ELM:itä esiintyy useammin. Sen lisäksi, että pienet ELM:t aiheuttavat vähemmän vahinkoa, ne voivat auttaa poistamaan hukkaheliumia plasmasta.
JET:n ennätystulos ja fuusioenergian etsintä
Ryhmä havaitsi myös, että suurilla plasmatiheyksillä ELM:ien syntyä voidaan hallita säätämällä plasmaa rajoittavien magneettikenttälinjojen topologiaa. Tokamakissa nämä kenttäviivat kiertyvät kierteisesti plasman ympärille, mikä tarkoittaa, että niiden aiheuttamat voimat vaihtelevat suunnassa suhteessa painegradienteihin. Joillakin plasman alueilla voimat toimivat epävakautta vastaan, kun taas toisilla alueilla voimat edistävät epävakautta. Tätä kompromissia voidaan luonnehtia epävakauskynnyksellä, joka määrittää ELM:ien luomiseen tarvittavan vähimmäispainegradientin.
Harrer ja kollegat havaitsivat, että magneettikentän kierteisen käämin lisääminen lisäsi epävakauden kynnystä ja vähensi siten ELM-tuotantoa. Myös magneettisen leikkauksen lisääminen plasman reunassa johti suurempaan epävakauskynnykseen. Magneettinen leikkaus on kahden risteävän magneettikentän välinen kulma.
Plasman käyttäminen suurella painegradientilla lisää fuusioreaktorin fuusioenergian lisäystä, ja kompromissi on kasvava ELM-vaurion riski. Pienet ELM:t voivat kuitenkin osoittautua hyödyllisiksi heliumin jätteen poistamisessa. Tämän seurauksena nämä ilmiöt on tasapainotettava tarkasti tulevien fuusioreaktorien toiminnan optimoimiseksi. Tämä uusin tutkimus tarjoaa tärkeitä näkemyksiä siitä, miten se voitaisiin tehdä.
Ryhmä raportoi havainnoistaan Fyysisen tarkastelun kirjaimet.
