Вчені виявили процес, який стабілізує термоядерну плазму

Вчені, які прагнуть отримати реакцію синтезу, яка живить Сонце і зірки, повинні захистити надшвидкісну плазму від руйнування. Дослідники з Принстонської лабораторії фізики плазми (PPPL) виявили процес, який може допомогти контролювати збої, які вважаються найбільш небезпечними.

Термоядерний синтез, який вивільняє безмежну енергію шляхом злиття атомних ядер у стані речовини, відомому як плазма, може виробляти чисту і практично безмежну енергію для вироблення електроенергії для міст і промислових підприємств у всьому світі. Тому захоплення і контроль термоядерної енергії є ключовим науковим та інженерним завданням для дослідників у всьому світі.

Вплив магнітних островів

Виявлення PPPL, про яке повідомляється в Physical Review Letters, фокусується на так званих розривних модах - нестабільності в плазмі, яка створює магнітні острівці, що є основним джерелом руйнування плазми. Ці острівці, схожі на бульбашки структури, які утворюються в плазмі, можуть рости і викликати руйнівні події, які зупиняють реакції синтезу.

Дослідники виявили в 1980-х роках, що використання радіочастотних (РЧ) хвиль для збудження струму в плазмі може стабілізувати розривні режими і знизити ризик збоїв. Однак дослідники не помітили, що невеликі зміни - або обурення - температури плазми можуть поліпшити процес стабілізації після перевищення ключового порогу потужності. Фізичний механізм, який визначив PPPL, працює таким чином:

Температурні обурення впливають на силу струму і кількість радіочастотної енергії, що виділяється на островах. Обурення та їх вплив мають складний зворотний зв'язок.
Коли зворотний зв'язок поєднується з чутливістю приводу струму до температурних збурень, ефективність процесу стабілізації зростає, крім того, поліпшена стабілізація менш схильна до впливу зміщених струмових приводів, які не потрапляють в центр островів.

Загальний вплив цього процесу створює те, що технічно називається «конденсація радіочастотного струму» або концентрація радіочастотної енергії всередині острова, яка перешкоджає його зростанню.

«Відкладення енергії значно збільшилося», - сказав Аллан Рейман, фізик-теоретик PPPL і провідний автор статті. "Коли відкладення енергії на острові перевищує пороговий рівень, відбувається стрибок температури, який значно посилює стабілізуючий ефект. Це дозволяє стабілізувати більші острови, ніж вважалося раніше можливим ".

Цей процес може бути особливо корисним для ІТЕР, що будується у Франції токамака, щоб продемонструвати можливість використання термоядерної енергії. «Є побоювання, що острови можуть бути великими і стануть причиною збоїв в ІТЕР», - сказав Рейман. «Нові ефекти повинні спростити стабілізацію плазми ІТЕР».