Egy nemzetközi kutatócsoport felfedezte a fúziós reaktorok plazmájában fellépő instabilitások szabályozásának módját. A nagy instabilitás károsíthatja a reaktort, míg a kis instabilitások hasznosnak bizonyulhatnak a hulladék hélium eltávolítására a plazmából. Ezért a felfedezés fontos útmutatást adhat a nagyméretű fúziós reaktorok működéséhez.
A hidrogénatommagok fúziója egy mágnesesen zárt plazmában hatalmas mennyiségű környezetbarát energiát szállíthat. A szuperforró plazma szabályozása azonban továbbra is jelentős kihívást jelent.
A jelenlegi fúziós kísérletekben legszélesebb körben használt fánk alakú tokamak reaktorokban a plazmát erős mágneses mezők korlátozzák. Ez meredek nyomásgradienseket hoz létre a plazma széle és a reaktor falai között. Ha a nyomásgradiens a szélen túl nagy, az instabilitáshoz vezethet, amelyet él lokalizált módoknak (ELM) neveznek. Ezek olyan részecske- és energiakitöréseket bocsátanak ki, amelyek komoly károkat okozhatnak a reaktor falában.
Ezt a legújabb tanulmányt vezette Georg Harrer a Bécsi Műszaki Egyetemen. Az ELM-eket létrehozó körülmények tanulmányozása érdekében a csapat kísérleteket végzett a németországi Max Planck Plazmafizikai Intézet ASDEX Upgrade tokamakjában.
A plazma sűrűségének növelése
Azt találták, hogy a nagy ELM-ek elkerülhetők a plazma sűrűségének növelésével, aminek eredményeként a kisebb ELM-ek gyakrabban fordulnak elő. Amellett, hogy kisebb károkat okoznak, a kis ELM-ek segíthetnek eltávolítani a hélium hulladékát a plazmából.
A JET rekorderedménye és a fúziós energia keresése
A csapat azt is megállapította, hogy nagy plazmasűrűség esetén az ELM-ek megjelenése szabályozható a plazmát határoló mágneses erővonalak topológiájának beállításával. A tokamakban ezek a térvonalak spirálisan kanyarognak a plazma körül, ami azt jelenti, hogy az általuk kifejtett erők váltakoznak a nyomásgradienshez képest. A plazma egyes régióiban az erők az instabilitás ellen dolgoznak, míg más régiókban az erők az instabilitást ösztönzik. Ez a kompromisszum egy instabilitási küszöbértékkel jellemezhető, amely meghatározza az ELM-ek létrehozásához szükséges minimális nyomásgradienst.
Harrer és munkatársai azt találták, hogy a mágneses tér spirális tekercsének növelése megnövelte az instabilitási küszöböt, és ezáltal csökkentette az ELM-termelést. Ezenkívül a plazma szélén a mágneses nyírás növelése nagyobb instabilitási küszöbhöz vezetett. A mágneses nyírás a két keresztező mágneses erővonal közötti szög.
A nagy nyomásgradiensű plazma használata növeli a fúziós reaktor fúziós energianyereségét, a kompromisszum pedig az ELM károsodásának növekvő kockázata. A kisméretű ELM-ek azonban hasznosnak bizonyulhatnak a héliumhulladék kilökésére. Ennek eredményeként ezeket a jelenségeket finoman ki kell egyensúlyozni a jövőbeli fúziós reaktorok működésének optimalizálása érdekében. Ez a legfrissebb kutatás fontos betekintést nyújt abba, hogyan lehetne ezt megtenni.
A csapat az eredményekről számol be Fizikai áttekintés betűk.
