Внутри японского стелларатора Large Helical Device (LHD), построенного для проверки удержания термоядерной плазмы. Кредит: Джастин Ракман
Новое понимание турбулентности в термоядерной плазме.
Чтобы добиться термоядерного синтеза в энергетической установке, необходимо устойчиво удерживать плазму температурой более 100 миллионов градусов Цельсия в магнитном поле и поддерживать ее длительное время.
Исследовательская группа под руководством доцента Наоки Кенмоти, профессора Кацуми Ида и доцента Токихико Токудзава из Национального института термоядерных наук (NIFS), Национальных институтов естественных наук (NINS), Япония, с использованием измерительных приборов, разработанных независимо и в сотрудничестве. профессора Дэниела Дж. ден Хартога из Висконсинского университета, США, впервые в мире обнаружил, что турбулентность движется быстрее, чем тепло, когда тепло уходит в плазму в Большом спиральном устройстве (БВУ). Одна характеристика этой турбулентности позволяет предсказывать изменения температуры плазмы, и ожидается, что наблюдение за турбулентностью приведет в будущем к разработке метода управления температурой плазмы в реальном времени.
В высокотемпературной плазме, удерживаемой магнитным полем, возникает «турбулентность» — течение с вихрями разного размера. Эта турбулентность вызывает возмущение плазмы, и тепло от удерживаемой плазмы уходит наружу, что приводит к падению температуры плазмы. Чтобы решить эту проблему, необходимо понять характеристики тепла и турбулентности в плазме. Однако турбулентность в плазме настолько сложна, что мы еще не достигли ее полного понимания. В частности, не совсем понятно, как генерируемая турбулентность перемещается в плазме, поскольку для этого требуются инструменты, которые могут измерять временную эволюцию мельчайших турбулентностей с высокой чувствительностью и чрезвычайно высоким пространственно-временным разрешением.
В плазме может образоваться «барьер», который препятствует переносу тепла из центра наружу. Барьер создает сильный градиент давления в плазме и создает турбулентность. Доцент Кенмоти и его исследовательская группа разработали метод преодоления этого барьера путем разработки структуры магнитного поля. Этот метод позволяет нам сосредоточиться на тепле и турбулентности, которые интенсивно текут при разрушении барьеров, и детально изучить их взаимосвязь. Затем, используя электромагнитные волны различных длин волн, мы измерили изменение температуры и теплового потока электронов, а также мелкодисперсную турбулентность миллиметрового размера с самым высоким в мире уровнем точности. Ранее было известно, что тепло и турбулентность движутся почти одновременно со скоростью 5,000 километров в час (3,100 миль в час), примерно со скоростью самолета, но этот эксперимент привел к первому в мире открытию турбулентности, движущейся впереди тепла со скоростью скорость 40,000 25,000 километров в час (XNUMX XNUMX миль в час). Скорость этой турбулентности близка к скорости ракеты.
Доцент Наоки Кенмоти сказал: «Это исследование значительно продвинуло наше понимание турбулентности в термоядерной плазме. Новая характеристика турбулентности, заключающаяся в том, что она движется намного быстрее, чем тепло в плазме, указывает на то, что мы можем предсказывать изменения температуры плазмы, наблюдая прогнозирующую турбулентность. В будущем на основе этого мы рассчитываем разработать методы контроля температуры плазмы в режиме реального времени».
Ссылка: «Предшествующее распространение импульсов турбулентности при лавинных явлениях в удерживаемой магнитом плазме» Н. Кенмочи, К. Ида, Т. Токудзава, Р. Ясухара, Х. Фунаба, Х. Уэхара, Д. Д. Ден Хартог, И. Ямада, М. Йошинума, Ю. Такемура и Х. Игами, 16 мая 2022 г., Научные доклады.
DOI: 10.1038 / s41598-022-10499-Z
