Fizikai išsiaiškino ilgai nesuprastą reiškinį branduolinės fuzijos tyrimuose, atskleidę, kad plazmos sukimosi judesys turi esminę reikšmę dalelių judėjimui. Šis atradimas gali turėti didelės įtakos būsimiems fuzijos reaktoriams, nes leidžia geriau prognozuoti, kaip dalelės elgsis esant ekstremalioms sąlygoms.
Plazmos elgesys ir fuzijos reaktoriai
Tokamakai – tai donutų formos įrenginiai, skirti branduolinei fuzijai pasiekti, kur superkaista plazma yra laikoma magnetiniais laukais. Kai kurios plazmos dalelės išsiveržia iš šerdies ir juda link išmetimo sistemos, vadinamos divertoriumi. Tačiau daugelį metų mokslininkai stebėjo, kad dalelių skaičius, smūgiuojantis į vidinį divertoriaus taikinį, yra žymiai didesnis nei į išorinį. Šis netolygus pasiskirstymas gali turėti didelių pasekmių ateities reaktoriams, nes inžinieriai privalo žinoti, kur tiksliai dalelės nusileis, kad galėtų sukurti divertorius, atsparius ekstremalioms sąlygoms.
Nauji tyrimai atskleidžia plazmos sukimosi svarbą
Naujausi tyrimai, atlikti naudojant SOLPS-ITER modeliavimo programą, parodė, kad plazmos sukimosi judesys, kai plazma sukasi aplink tokamaką, stipriai veikia, kur dalelės galiausiai nusileis išmetimo sistemoje. Tyrėjai simuliavo dalelių elgesį įvairiomis sąlygomis ir nustatė, kad tik įtraukus plazmos sukimosi efektą, modeliai pradėjo atitikti realius eksperimentinių duomenų rezultatus.
„Yra du srauto komponentai plazmoje“, – teigia Eric Emdee, tyrimo autorius. „Tai kryžminis srautas, kai dalelės juda šoninėmis kryptimis, ir paralelinis srautas, kai jos juda magnetinio lauko linijomis. Mūsų tyrimas parodė, kad paralelinis srautas, kurį lemia sukanti šerdis, yra ne mažiau svarbus nei kryžminis srautas.“
Realių sąlygų modeliavimas
Tyrėjai modelavo plazmos elgesį DIII-D tokamake Kalifornijoje ir atliko keturis skirtingus scenarijus, keisdami kryžminio srauto ir plazmos sukimosi įtaką. Nustatyta, kad tik tada, kai buvo įtraukta 88,4 km/s šerdies sukimosi greitis, modeliai pradėjo atitikti eksperimentinius duomenis. Tai parodė, kad sujungta šoninio srauto ir sukimosi įtaka buvo žymiai stipresnė už atskirus veiksnius.
Fuzijos sistemų projektavimo galimybės
Šie atradimai pabrėžia svarbų ryšį tarp sukimosi plazmos šerdies ir dalelių elgsenos sistemų pakraštyje. Tinkamas šio ryšio supratimas yra būtinas norint prognozuoti, kaip išmetimo dalelės judės ateities reaktoriuose. Geresnės prognozės leis inžinieriams sukurti tvirtesnius ir geriau pritaikytus divertorius realioms veikimo sąlygoms.
Šiame tyrime dalyvavo ir kiti mokslininkai, tarp jų Laszlo Horvath, Alessandro Bortolon, George Wilkie ir Shaun Haskey iš Princeton Plasma Physics Laboratory, taip pat Raúl Gerrú Migueláñez iš Masačusetso technologijos instituto ir Florian Laggner iš Šiaurės Karolinos valstijos universiteto. Tyrimas buvo remiamas JAV Energetikos departamento Fuzijos energijos mokslų biuro.
