Коливання вгору-вниз, знайдені в усьому: від цін на акції на біржі до океанських хвиль. При термоядерній реакції вони відбуваються періодично залежно від температури і щільності плазми, яка підживлює реакції злиття в спорудах, званих токамаками.
Ці коливання іноді можуть поєднуватися з іншими нестійкостями в плазмі, щоб створити ідеальний шторм, який зупиняє реакції. Тим не менш, деякі плазми вільні від хвилеподібних коливань завдяки механізму, який давно спантеличив фізиків.
Нещодавно дослідники з Лабораторії плазмової фізики Принцтауна (PPPL) у США розробили складні симуляції процесу, який може показати фізику, що лежить в основі цього механізму, яка називається «нагнітанням магнітного потоку».
Синтез керує сонцем і зірками
Термоядерний синтез (Fusion), сила, що управляє сонцем і зірками, являє собою злиття легких елементів у вигляді плазми - гарячого зарядженого стану матерії, що складається з вільних електронів і атомних ядер, - яке генерує величезну кількість енергії. Вчені прагнуть відтворити злиття на Землі для отримання практично невичерпного джерела енергії.
Механізм потоку нагнітання обмежує течію в серцевику плазми, яка завершує магнітне поле і обмежує гарячий, заряджений газ, який викликає реакції. Це явище, виявлене в плазмі, утримує потік від того, щоб стати досить сильним для того, щоб викликати хвилеподібну нестабільність.
Гібридні скрипти
При моделюванні накачування магнітного потоку розвивається в «гібридних сценаріях», які існують між стандартними режимами - які включають плазму з високим утриманням (H-режим) і з низьким утриманням (L-режим) - і просунутими сценаріями, в яких плазма працює в стійкому стані. У гібридних сценаріях потік залишається плоским в ядрі плазми, в той час як тиск плазми залишається досить високим.
Ця комбінація створює так званий «квазі-обмінний режим», який діє як змішувач, який збуджує плазму при деформуванні магнітного поля. Він виробляє потужний ефект, який підтримує утримання потоку в одній площині і перешкоджає формуванню хвилеподібної нестійкості. Аналогічний процес підтримує магнітне поле, яке захищає Землю від космічних променів, причому розплавлена рідина в залізному сердечнику планети служить як міксер.
Механізм також регулює себе, як показують симуляції. За словами вчених, якщо нагнітання стає занадто сильним, потік у серцевині плазми залишається «трохи нижче порогу для хвилеподібної нестійкості». Залишаючись нижче порогового значення, потік утримує температуру і щільність плазми від зигзагів вгору і вниз.
Моделювання може призвести до розробки заходів, щоб уникнути неприємних коливань. «Цей механізм може становити значний інтерес для майбутніх великомасштабних експериментів з термоядерного синтезу, таких як ІТЕР», - кажуть дослідники. Для ІТЕР, великого міжнародного експерименту з синтезу, який будується у Франції, створення гібридного сценарію може призвести до відкачування потоку і стримування хвилеподібних нестійкостей.
Один із способів розробки гібридного сценарію полягатиме в тому, щоб оператори ІТЕР експериментували з часом нейтральної потужності пучка, який нагрівав би температуру ІТЕР до температур плавлення. Такі експерименти можуть призвести до поєднання струму і тиску в плазмі, що призводить до автоматичної роботи.