Uvnitř japonského stelarátoru Large Helical Device (LHD), postaveného pro testování plazmové fúze. Kredit: Justin Ruckman
Nové poznatky o pochopení turbulence ve fúzním plazmatu.
Pro dosažení fúze v elektrárně je nutné plazma o teplotě více než 100 milionů stupňů Celsia stabilně uzavřít v magnetickém poli a dlouhodobě ho udržovat.
Výzkumná skupina vedená asistentem profesora Naoki Kenmochim, profesorem Katsumi Idou a docentem Tokihiko Tokuzawou z Národního institutu pro vědu o fúzi (NIFS), Národní institut přírodních věd (NINS), Japonsko, využívající měřicí přístroje vyvinuté nezávisle a ve spolupráci profesora Daniela J. den Hartoga z University of Wisconsin, USA, poprvé na světě objevil, že turbulence se při úniku tepla v plazmatu ve Velkém šroubovitém zařízení (LHD) pohybuje rychleji než teplo. Jedna charakteristika této turbulence umožňuje předpovídat změny teploty plazmatu a očekává se, že pozorování turbulence povede v budoucnu k vývoji metody pro řízení teploty plazmatu v reálném čase.
Ve vysokoteplotním plazmatu omezeném magnetickým polem vzniká „turbulence“, což je proudění s víry různých velikostí. Tato turbulence způsobuje rozrušení plazmatu a teplo z uzavřeného plazmatu proudí ven, což má za následek pokles teploty plazmatu. K vyřešení tohoto problému je nutné porozumět charakteristikám tepla a turbulence v plazmatu. Turbulence v plazmatu je však tak složitá, že jsme jí dosud plně neporozuměli. Zejména není dobře pochopeno, jak se generovaná turbulence pohybuje v plazmatu, protože to vyžaduje přístroje, které dokážou měřit časový vývoj minutové turbulence s vysokou citlivostí a extrémně vysokým časoprostorovým rozlišením.
V plazmě se může vytvořit „bariéra“, která blokuje transport tepla ze středu ven. Bariéra vytváří silný tlakový gradient v plazmatu a vytváří turbulence. Profesor Kenmochi a jeho výzkumná skupina vyvinuli metodu, jak tuto bariéru prolomit navržením struktury magnetického pole. Tato metoda nám umožňuje zaměřit se na teplo a turbulence, které prudce proudí, když se bariéry prolomí, a podrobně studovat jejich vztah. Poté jsme pomocí elektromagnetických vln různých vlnových délek měřili měnící se teplotu a tepelný tok elektronů a milimetrovou jemnou turbulenci s nejvyšší přesností na světě. Dříve bylo známo, že se teplo a turbulence pohybují téměř současně rychlostí 5,000 3,100 kilometrů za hodinu (40,000 25,000 mil za hodinu), což je přibližně rychlost letadla, ale tento experiment vedl k prvnímu světovému objevu turbulence pohybující se před teplem při rychlost XNUMX XNUMX kilometrů za hodinu (XNUMX XNUMX mil za hodinu). Rychlost této turbulence se blíží rychlosti rakety.
Asistent profesora Naoki Kenmochi řekl: „Tento výzkum dramaticky posunul naše chápání turbulence ve fúzním plazmatu. Nová charakteristika turbulence, že se pohybuje mnohem rychleji než teplo v plazmatu, naznačuje, že můžeme být schopni předpovědět změny teploty plazmatu pozorováním prediktivní turbulence. V budoucnu na základě toho očekáváme vývoj metod pro řízení teplot plazmatu v reálném čase.“
Odkaz: „Předcházející šíření pulzů turbulence při lavinových událostech v magneticky omezeném plazmatu“ od N. Kenmochi, K. Ida, T. Tokuzawa, R. Yasuhara, H. Funaba, H. Uehara, DJ Den Hartog, I. Yamada, M. Yoshinuma, Y. Takemura a H. Igami, 16. května 2022, Vědecké zprávy.
DOI: 10.1038 / s41598-022-10499-z
