Міжнародна група дослідників знайшла спосіб контролювати розмір нестабільності в плазмі термоядерних реакторів. Великі нестабільності можуть пошкодити реактор, тоді як малі нестабільності можуть виявитися корисними для видалення відпрацьованого гелію з плазми. Таким чином, відкриття може стати важливим керівництвом для роботи великомасштабних термоядерних реакторів.
Злиття ядер водню в магнітно обмеженій плазмі може забезпечити величезну кількість екологічно чистої енергії. Однак контроль над гарячою плазмою залишається серйозною проблемою.
У реакторах токамак у формі бублика, які найчастіше використовуються в сучасних експериментах з термоядерного синтезу, плазма утримується сильними магнітними полями. Це генерує круті градієнти тиску між краєм плазми та стінками реактора. Якщо градієнт тиску на краю надто великий, це може призвести до нестабільності, яка називається крайовими локалізованими модами (ELM). Вони випромінюють спалахи частинок і енергії, які можуть серйозно пошкодити стінки реактора.
Це останнє дослідження проводилося під керівництвом Георг Харрер у Технічному університеті Відня. Щоб вивчити умови, які створюють ELM, команда провела експерименти в токамаку ASDEX Upgrade в Інституті фізики плазми Макса Планка в Німеччині.
Підвищення щільності плазми
Вони виявили, що великих ELM можна уникнути, збільшуючи щільність плазми, в результаті чого менші ELM з’являються частіше. Окрім того, що вони завдають менше шкоди, малі ELM можуть допомогти видалити відпрацьований гелій із плазми.
Рекордний результат JET і пошук енергії термоядерного синтезу
Команда також виявила, що при високій щільності плазми появу ELM можна контролювати, регулюючи топологію ліній магнітного поля, що обмежують плазму. У токамаку ці лінії поля обертаються спірально навколо плазми, тобто сили, які вони надають, змінюються за напрямком відносно градієнтів тиску. У деяких областях плазми сили діють проти нестабільності, тоді як в інших регіонах сили сприяють нестабільності. Цей компроміс можна охарактеризувати порогом нестабільності, який визначає мінімальний градієнт тиску, необхідний для створення ELM.
Харрер і його колеги виявили, що збільшення спіральної обмотки магнітного поля підвищує поріг нестабільності, а отже, зменшує виробництво ELM. Крім того, збільшення магнітного зсуву на краю плазми призвело до більшого порогу нестабільності. Магнітний зсув - це кут між двома пересічними лініями магнітного поля.
Використання плазми з великим градієнтом тиску збільшує виграш термоядерної енергії термоядерного реактора, а компромісом є збільшення ризику пошкодження ELM. Однак малі ELM можуть виявитися корисними для видалення відпрацьованого гелію. Як результат, ці явища повинні бути точно збалансовані, щоб оптимізувати роботу майбутніх термоядерних реакторів. Це останнє дослідження дає важливу інформацію про те, як це можна зробити.
Команда повідомляє про свої висновки в Physical Review Letters,.
