Mednarodna skupina raziskovalcev je odkrila način nadzora velikosti nestabilnosti v plazmi fuzijskih reaktorjev. Velike nestabilnosti lahko poškodujejo reaktor, medtem ko bi se majhne nestabilnosti lahko izkazale za koristne za odstranjevanje odpadnega helija iz plazme. Zato bi lahko odkritje zagotovilo pomembne smernice za delovanje velikih fuzijskih reaktorjev.
Fuzija vodikovih jeder v magnetno omejeni plazmi bi lahko zagotovila ogromne količine okolju prijazne energije. Vendar ostaja nadzor supervroče plazme velik izziv.
V tokamak reaktorjih v obliki krofa, ki se najpogosteje uporabljajo v trenutnih poskusih fuzije, je plazma omejena z močnimi magnetnimi polji. To ustvarja strme gradiente tlaka med robom plazme in stenami reaktorja. Če je gradient tlaka na robu prevelik, lahko povzroči nestabilnosti, imenovane robni lokalizirani načini (ELM). Ti oddajajo izbruhe delcev in energijo, ki lahko resno poškodujejo stene reaktorja.
To zadnjo študijo je vodil Georg Harrer na Tehnični univerzi na Dunaju. Za preučevanje pogojev, ki ustvarjajo ELM, je ekipa izvedla poskuse na tokamaku ASDEX Upgrade na Inštitutu Max Planck za fiziko plazme v Nemčiji.
Povečanje gostote plazme
Ugotovili so, da se je mogoče velikim ELM izogniti s povečanjem gostote plazme, rezultat pa so manjši ELM, ki se pojavljajo pogosteje. Poleg manjše škode bi lahko majhni ELM pomagali odstraniti odpadni helij iz plazme.
Rekordni rezultat JET in iskanje fuzijske energije
Skupina je tudi ugotovila, da je pri visokih gostotah plazme pojav ELM mogoče nadzorovati s prilagajanjem topologije linij magnetnega polja, ki omejujejo plazmo. V tokamaku se te poljske črte spiralno vijejo okoli plazme, kar pomeni, da se sile, ki jih prenašajo, spreminjajo v smeri glede na gradiente tlaka. V nekaterih predelih plazme sile delujejo proti nestabilnosti, medtem ko v drugih delih spodbujajo nestabilnost. Ta kompromis je mogoče označiti s pragom nestabilnosti, ki določa minimalni gradient tlaka, potreben za ustvarjanje ELM.
Harrer in sodelavci so ugotovili, da je povečanje vijačnega navitja magnetnega polja povečalo prag nestabilnosti - in s tem zmanjšalo proizvodnjo ELM. Poleg tega je povečanje magnetnega striga na robu plazme vodilo do večjega praga nestabilnosti. Magnetni strig je kot med dvema križajočima se magnetnima silnicama.
Uporaba plazme z velikim gradientom tlaka poveča pridobitev fuzijske energije fuzijskega reaktorja, pri čemer je kompromis vse večje tveganje za poškodbe ELM. Vendar bi se lahko majhni ELM izkazali za koristne za izločanje odpadnega helija. Posledično morajo biti ti pojavi natančno uravnoteženi, da se optimizira delovanje prihodnjih fuzijskih reaktorjev. Ta najnovejša raziskava zagotavlja pomemben vpogled v to, kako bi to lahko storili.
Ekipa poroča o svojih ugotovitvah v Pisni pregledi fizike.
