Плазма синтезін тексеру үшін жасалған Жапонияның Үлкен спиральді құрылғысы (LHD) жұлдыздарының ішінде. Несие: Джастин Ракман
Термоядролық плазмалардағы турбуленттілік туралы жаңа түсініктер.
Электр станциясында синтезге қол жеткізу үшін магнит өрісінде 100 миллион градустан астам плазманы тұрақты түрде шектеу және оны ұзақ уақыт ұстау қажет.
Ассистент-профессор Наоки Кенмочи, профессор Катцуми Ида және доцент Токихико Токузава басқарған зерттеу тобы Ұлттық жаратылыстану ғылымдары институтының (NINS), Жапонияның синтездік ғылымдар институтының (NIFS) тәуелсіз және ынтымақтастықпен әзірленген өлшеу құралдарын пайдалана отырып, Висконсин университетінің профессоры Дэниел Дж. ден Хартог (АҚШ) дүние жүзінде бірінші рет Үлкен бұрандалы құрылғыдағы (LHD) плазмадағы жылу шыққан кезде турбуленттілік жылуға қарағанда жылдамырақ қозғалатынын анықтады. Бұл турбуленттіліктің бір сипаттамасы плазма температурасының өзгеруін болжауға мүмкіндік береді, ал турбуленттілікті бақылау болашақта плазма температурасын нақты уақыт режимінде бақылау әдісін жасауға әкеледі деп күтілуде.
Магниттік өріспен шектелген жоғары температуралы плазмада әртүрлі өлшемдегі құйындылары бар ағын болып табылатын «турбуленттілік» пайда болады. Бұл турбуленттілік плазманың бұзылуына әкеледі, ал шектелген плазмадан жылу сыртқа ағып, плазма температурасының төмендеуіне әкеледі. Бұл мәселені шешу үшін плазмадағы жылу мен турбуленттілік сипаттамаларын түсіну қажет. Дегенмен, плазмадағы турбуленттілік соншалықты күрделі, біз оны әлі толық түсінуге қол жеткізген жоқпыз. Атап айтқанда, түзілген турбуленттілік плазмада қалай қозғалатыны жақсы түсінілмейді, өйткені ол үшін жоғары сезімталдықпен және өте жоғары кеңістіктік-уақыттық рұқсатпен минуттық турбуленттік уақыт эволюциясын өлшей алатын құралдар қажет.
Плазмада жылуды орталықтан сыртқа тасымалдауға кедергі жасайтын «кедергі» пайда болуы мүмкін. Кедергі плазмада күшті қысым градиентін жасайды және турбуленттілік тудырады. Профессор ассистент Кенмочи және оның зерттеу тобы магнит өрісінің құрылымын жасау арқылы бұл кедергіні бұзу әдісін әзірледі. Бұл әдіс кедергілер бұзылған кезде қатты ағып жатқан жылу мен турбуленттілікке назар аударуға және олардың өзара байланысын егжей-тегжейлі зерттеуге мүмкіндік береді. Содан кейін әртүрлі толқын ұзындықтағы электромагниттік толқындарды пайдалана отырып, біз электрондардың өзгермелі температурасы мен жылу ағынын және миллиметрлік ұсақ турбуленттілік деңгейін әлемдегі ең жоғары дәлдікпен өлшедік. Бұрын жылу мен турбуленттілік шамамен бір уақытта сағатына 5,000 километр (сағ. 3,100 миль) жылдамдықпен шамамен ұшақтың жылдамдығымен қозғалатыны белгілі болды, бірақ бұл эксперимент әлемдегі алғашқы турбуленттіліктің жылудан озып кетуіне әкелді. жылдамдығы сағатына 40,000 25,000 километр (сағ. XNUMX XNUMX миль). Бұл турбуленттілік жылдамдығы зымыран жылдамдығына жақын.
Профессор ассистенті Наоки Кенмочи: «Бұл зерттеу термоядролық плазмалардағы турбуленттілік туралы түсінігімізді күрт жетілдірді. Турбуленттiлiктiң жаңа сипаттамасы, оның плазмадағы жылудан әлдеқайда жылдам қозғалуы болжамды турбуленттiлiктi байқау арқылы плазма температурасының өзгеруiн болжай алатынымызды көрсетеді. Болашақта осының негізінде біз нақты уақыт режимінде плазма температурасын бақылау әдістерін әзірлеуді күтеміз ».
Анықтама: Н.Кенмочи, К.Ида, Т.Токузава, Р.Ясухара, Х.Фунаба, Х.Уэхара, диджей Ден Хартог, И.Ямада, «Магниттік шектелген плазмадағы көшкін оқиғаларындағы турбуленттік импульстардың алдын ала таралуы». М. Йошинума, Ю.Такемура және Х.Игами, 16 мамыр 2022 ж. Ғылыми есептер.
DOI: 10.1038 / s41598-022-10499-z
