Tyrėjai naudojo Alfvén bangas, kad susilpnintų pabėgusius elektronus tokamako sintezės įrenginiuose, o tai turėjo didelį poveikį būsimiems sintezės energijos projektams, įskaitant ITER Prancūzijoje.

Mokslininkai, vadovaujami Zhang Liu iš Prinstono plazmos fizikos laboratorijos (PPPL) atskleidė perspektyvų metodą, kaip sumažinti pabėgusių elektronų žalą, kurią sukelia turbulencija tokamako sintezės įrenginiuose. Šio požiūrio raktas buvo unikalaus žanro panaudojimas plazma Banga, pavadinta astrofiziko Hanso Alvvéno, 1970 m. gavusio Nobelio premiją, vardu.

Jau seniai žinoma, kad Alfvén bangos atpalaiduoja didelės energijos dalelių uždarymą tokamako reaktoriuose, leidžia kai kuriems ištrūkti ir sumažina spurgos formos prietaisų efektyvumą. Tačiau nauji Zhang Liu ir „General Atomics“, Kolumbijos universiteto ir PPPL mokslininkų atradimai atskleidė naudingų rezultatų, susijusių su pabėgusių elektronų atveju.

Puikus žiedinis procesas

Mokslininkai nustatė, kad toks atsipalaidavimas gali išsklaidyti arba išsklaidyti didelės energijos elektronus, kol jie virsta lavinomis, kurios pažeidžia tokamako komponentus. Nustatyta, kad šis procesas yra nepaprastai apskritas: pabėgėliai sukuria nestabilumą, sukeliantį Alfvén bangas, neleidžiančias susidaryti lavinai.

„Šie atradimai išsamiai paaiškina tiesioginį Alfvén bangų stebėjimą inaktyvacijos eksperimentuose“, – sakė Liu, PPPL tyrėjas ir pagrindinis dokumento, kuriame išsamiai aprašomos išvados, autorius. Fizinės apžvalgos laiškai. „Rezultatai rodo aiškų ryšį tarp šių modelių ir pabėgusių elektronų susidarymo.

Chang Liu. Kreditas: Elle Starkman

Tyrėjai išvedė teoriją apie stebimą šių sąveikų grandinę. Rezultatai puikiai atitiko pabėgusius eksperimentus, atliktus Nacionalinėje sintezės įstaigoje DIII-D, Energijos tokamako departamente, kurį valdo General Atomics Mokslo biurui. Teorijos testai taip pat buvo teigiami „Summit“ superkompiuteryje, esančiame Oak Ridge nacionalinėje laboratorijoje.

„Zhang Liu darbas rodo, kad pabėgančių elektronų telkinio dydis gali būti kontroliuojamas dėl nestabilumo, kurį sukelia patys pabėgantys elektronai“, – sakė Felixas Parra Diazas, PPPL teorijos vadovas. „Jo tyrimai yra labai jaudinantys, nes jie gali sukelti tokamako dizainą, kuris natūraliai sumažina elektronų pažeidimus dėl būdingo nestabilumo.”

Terminis gesinimas

Turbulencija prasideda smarkiai nukritus milijono laipsnių temperatūrai, reikalingai sintezės reakcijoms. Šie lašai, vadinami „terminiu gesimu“, išleidžia nuošliaužų lavinas, panašias į žemės drebėjimų sukeltas nuošliaužas. „Turbulencijos valdymas yra pagrindinis tokamako sėkmės iššūkis“, – sakė Liu.

Lydymosi reakcijose sujungiami šviesos elementai plazmos pavidalu – karšta, įkrauta materijos būsena, sudaryta iš laisvųjų elektronų ir atomų branduolių, vadinamų jonais – kad išlaisvintų didžiulę energiją, kuri maitina saulę ir žvaigždes. Turbulencijos ir pabėgusių elektronų rizikos sumažinimas suteiktų unikalią naudą tokamako įrenginiams, skirtiems procesui atkurti.

Turbulencijos ir pabėgusių elektronų rizikos sumažinimas suteiktų unikalią naudą tokamako įrenginiams, skirtiems procesui atkurti.

Branduolinės sintezės energija gali būti pagrindinis tvarios energijos šaltinis, papildantis atsinaujinančius energijos šaltinius. Didžiausias pasaulyje branduolių sintezės eksperimentas ITER dabar statomas Prancūzijoje. Kreditas: ITER

Naujasis požiūris gali turėti įtakos ITER projekto, Prancūzijoje statomo tarptautinio tokamako, skirto praktiniam branduolių sintezės energijos pritaikymui demonstruoti, pažangai ir gali būti svarbus žingsnis kuriant sintezės jėgaines.

„Mūsų išvados sudaro sąlygas kurti naujas strategijas, kaip sumažinti pabėgusių elektronų kiekį“, – sakė Liu. Dabar planavimo etape vykdomos eksperimentinės kampanijos, kurių metu trys tyrimų centrai siekia toliau tobulinti nuostabius rezultatus.