O echipă internațională de cercetători a descoperit o modalitate de a controla dimensiunea instabilităților din plasma reactoarelor de fuziune. Instabilitățile mari pot deteriora un reactor, în timp ce instabilitățile mici s-ar putea dovedi utile pentru îndepărtarea deșeurilor de heliu din plasmă. Prin urmare, descoperirea ar putea oferi îndrumări importante pentru funcționarea reactoarelor de fuziune la scară largă.
Fuziunea nucleelor de hidrogen într-o plasmă închisă magnetic ar putea furniza cantități mari de energie ecologică. Cu toate acestea, controlul plasmei superfierbinte rămâne o provocare semnificativă.
În reactoarele tokamak în formă de gogoașă cele mai utilizate în experimentele actuale de fuziune, plasma este limitată de câmpuri magnetice puternice. Acest lucru generează gradiente de presiune abrupte între marginea plasmei și pereții reactorului. Dacă gradientul de presiune la margine este prea mare, poate duce la instabilități numite moduri localizate pe margine (ELM). Acestea emit explozii de particule și energie care pot provoca daune grave pereților reactorului.
Acest ultim studiu a fost condus de Georg Harrer la Universitatea Tehnică din Viena. Pentru a studia condițiile care creează ELM-uri, echipa a efectuat experimente la ASDEX Upgrade tokamak la Institutul Max Planck pentru Fizica Plasmei din Germania.
Creșterea densității plasmei
Ei au descoperit că ELM-urile mari pot fi evitate prin creșterea densității plasmei, rezultatul fiind ELM-uri mai mici care apar mai frecvent. Pe lângă faptul că provoacă mai puține daune, ELM-urile mici ar putea ajuta la eliminarea deșeurilor de heliu din plasmă.
Rezultatul record al JET și căutarea energiei de fuziune
Echipa a mai descoperit că la densități mari de plasmă, apariția ELM-urilor poate fi controlată prin ajustarea topologiei liniilor câmpului magnetic care limitează plasma. Într-un tokamak, aceste linii de câmp se înfășoară elicoidal în jurul plasmei, ceea ce înseamnă că forțele pe care le transmit alternează în direcție față de gradienții de presiune. În unele regiuni ale plasmei, forțele lucrează împotriva instabilității, în timp ce în alte regiuni forțele încurajează instabilitatea. Acest compromis poate fi caracterizat printr-un prag de instabilitate, care definește gradientul de presiune minim necesar pentru a crea ELM-uri.
Harrer și colegii săi au descoperit că creșterea înfășurării elicoidale a câmpului magnetic a sporit pragul de instabilitate și, prin urmare, a redus producția de ELM. De asemenea, creșterea forfecării magnetice la marginea plasmei a condus la un prag de instabilitate mai mare. Forfecarea magnetică este unghiul dintre două linii de câmp magnetic care se încrucișează.
Utilizarea unei plasme cu un gradient de presiune mare crește câștigul de energie de fuziune al unui reactor de fuziune, compromisul fiind un risc crescut de deteriorare a ELM. Cu toate acestea, ELM-urile mici s-ar putea dovedi utile pentru expulzarea reziduurilor de heliu. Ca urmare, aceste fenomene trebuie echilibrate fin pentru a optimiza funcționarea viitoarelor reactoare de fuziune. Această ultimă cercetare oferă perspective importante asupra modului în care ar putea fi realizat.
Echipa își raportează constatările în Scrisori de recenzie fizică.
