Миниатюрная звезда на Земле
Ученые выяснили, как укротить турбулентность в термоядерном реакторе
2 сентября, 10:02
Исследователи, работающие на токамаке DIII-D в Сан-Диего, штат Калифорния, впервые продемонстрировали, что альфвеновские собственные моды могут не только мешать термоядерному синтезу, но и, наоборот, улучшать его. Это открытие может существенно улучшить удержание тепла в плазме, что критически важно для достижения высоких температур, необходимых для эффективного управляемого ядерного синтеза.
DIII-D и альфвеновские моды
DIII-D является крупнейшим токамаком в Северной Америке, где магнитные поля разогревают плазму до 150 миллионов градусов Цельсия, что примерно в десять раз превышает температуру в ядре Солнца. В таких экстремальных условиях тяжелые изотопы водорода сливаются, высвобождая огромное количество энергии.
Ранее считалось, что альфвеновские собственные моды только мешают этому процессу, однако новые результаты свидетельствуют о том, что эти плазменные волны могут генерировать плазменные потоки и электромагнитные токи, которые, в свою очередь, создают сдвигающий поток. Этот сдвигающий поток помогает укрощать турбулентность в токамаке, что приводит к повышению температуры ионов и электронов, а также уменьшению теплопотерь, что позволяет удерживать тепло в ядре плазмы.
Для проведения измерений ученые использовали диагностический инструмент на основе эффекта Мотиона Стана (MSE). Этот метод предполагает выстрел в плазму пучком нейтральных атомов дейтерия, после чего по изменению поляризации света измеряли влияние магнитного поля. В результате исследований была зафиксирована смена коэффициента безопасности на 5 процентов за 20 миллисекунд. Коэффициент безопасности описывает, как линии магнитного поля проходят вдоль длинных и коротких размерностей камеры, а их структуру сравнивают со спиральным картофелем на палочке.
Эти новые результаты являются важным шагом в развитии технологий термоядерного синтеза, которые могут обеспечить стабильный и практически безотходный источник энергии для будущих поколений. Поскольку мир ищет альтернативы традиционным источникам энергии, такие исследования могут существенно повлиять на энергетический ландшафт, способствуя переходу к более чистым и возобновляемым источникам энергии.
Важность этих открытий подчеркивает растущую роль термоядерного синтеза в глобальном контексте энергетической безопасности и борьбы с изменением климата.
Интересно, что новые исследования в области плазменной физики открывают новые горизонты для технологий, связанных с управляемым термоядерным синтезом. Например, недавно ученые обнаружили, что растяжение телурида марганца может изменять эффект Холла без нагрева, что также может иметь значительное влияние на энергетические технологии будущего.