Füzyon reaktörlerinin plazmasındaki kararsızlıkların boyutunu kontrol etmenin bir yolu, uluslararası bir araştırma ekibi tarafından keşfedildi. Büyük dengesizlikler bir reaktöre zarar verebilirken, küçük dengesizlikler atık helyumu plazmadan uzaklaştırmak için faydalı olabilir. Bu nedenle keşif, büyük ölçekli füzyon reaktörlerinin işletilmesi için önemli rehberlik sağlayabilir.
Manyetik olarak sınırlandırılmış bir plazmada hidrojen çekirdeklerinin füzyonu, çok miktarda çevre dostu enerji sağlayabilir. Bununla birlikte, süper sıcak plazmayı kontrol etmek önemli bir zorluk olmaya devam ediyor.
Mevcut füzyon deneylerinde en yaygın olarak kullanılan halka şeklindeki tokamak reaktörlerinde, plazma güçlü manyetik alanlarla sınırlandırılmıştır. Bu, plazmanın kenarı ile reaktör duvarları arasında dik basınç gradyanları oluşturur. Kenardaki basınç gradyanı çok büyükse, kenar lokalize modlar (ELM'ler) adı verilen dengesizliklere yol açabilir. Bunlar, reaktör duvarlarında ciddi hasara neden olabilecek parçacık ve enerji patlamaları yayar.
Bu son çalışma, Georg Harrer Viyana Teknik Üniversitesi'nde. Ekip, ELM'leri oluşturan koşulları incelemek için Almanya'daki Max Planck Plazma Fiziği Enstitüsü'ndeki ASDEX Upgrade tokamak'ta deneyler gerçekleştirdi.
Plazma yoğunluğunu artırma
Plazma yoğunluğunu artırarak büyük ELM'lerden kaçınılabileceğini buldular, sonuçta daha küçük ELM'ler daha sık meydana geliyor. Küçük ELM'ler daha az hasara neden olmanın yanı sıra atık helyumun plazmadan uzaklaştırılmasına da yardımcı olabilir.
JET'in rekor sonucu ve füzyon enerjisi arayışı
Ekip ayrıca, yüksek plazma yoğunluklarında, ELM'lerin ortaya çıkışının, plazmayı sınırlayan manyetik alan çizgilerinin topolojisini ayarlayarak kontrol edilebileceğini de buldu. Bir tokamak'ta, bu alan çizgileri plazmanın etrafında helisel olarak sarılır, yani uyguladıkları kuvvetler basınç gradyanlarına göre yön değiştirir. Plazmanın bazı bölgelerinde kuvvetler kararsızlığa karşı çalışırken, diğer bölgelerde kuvvetler istikrarsızlığı teşvik eder. Bu takas, ELM'leri oluşturmak için gereken minimum basınç gradyanını tanımlayan bir istikrarsızlık eşiği ile karakterize edilebilir.
Harrer ve meslektaşları, manyetik alanın sarmal sargısını artırmanın kararsızlık eşiğini yükselttiğini ve dolayısıyla ELM üretimini azalttığını buldular. Ayrıca, plazmanın kenarındaki manyetik kaymanın artması, daha büyük bir kararsızlık eşiğine yol açtı. Manyetik kesme, kesişen iki manyetik alan çizgisi arasındaki açıdır.
Büyük bir basınç gradyanına sahip bir plazmanın kullanılması, bir füzyon reaktörünün füzyon enerjisi kazancını artırır ve takas, ELM hasarı riskini artırır. Bununla birlikte, küçük ELM'ler atık helyumu dışarı atmak için yararlı olabilir. Sonuç olarak, gelecekteki füzyon reaktörlerinin çalışmasını optimize etmek için bu olguların hassas bir şekilde dengelenmesi gerekir. Bu son araştırma, bunun nasıl yapılabileceğine dair önemli bilgiler sağlıyor.
Ekip bulgularını şu adreste bildirir: Physical Review Letters.
