Russiske fysikere fra A. F. Ioffe Physicotechnical Institute i St. Petersburg beskrev ioniske prosesser med varmeoverføring i en sfærisk tokamak. Resultatene fra studien, som bringer forskere et skritt nærmere å løse problemet med termonukleær fusjon, er publisert i tidsskriftet Plasma Physics and Controlled Fusion.
Hvis forskere lykkes med å realisere ideen om kontrollert termonukleær fusjon, vil menneskeheten motta en nesten uuttømmelig energikilde. Fusjonskraftverk anerkjennes som trygge og miljøvennlige: sammenlignet med atomkraftverk gjennomgår de ikke eksplosive reaksjoner, og i motsetning til forbrenning av hydrokarboner, er det ingen utslipp av karbondioksid og nitrogenoksider som bidrar til global oppvarming og forurenser miljøet. Videre kan nøytroner hentet fra termonukleær fusjon ødelegge radioaktivt avfall ved kjernekraftverk.
Eksperimenter med termonukleær fusjon blir utført over hele verden i spesielle installasjoner - tokamaks, der en gass av lette elementer - hydrogen, deuterium og tritium - varmes opp til en temperatur på 100 millioner grader, noe som gjør det mulig å danne et plasma - en gass fra ladede partikler: ioner og elektroner. De oppvarmede plasmaionene kolliderer med hverandre på samme måte som det skjer i det indre av Solen. I dette tilfellet dannes heliumkjerner og nøytroner frigjøres, og nøytronenergien, som overstiger kostnadene for oppvarming av plasmaet, kan brukes i industri og kraftteknikk.
Hovedoppgaven til fysikere er å lære å holde plasma inne i termonukleære installasjoner ved hjelp av et sterkt magnetfelt i relativt lang tid. Og for dette trenger du ikke bare å vite hvilke prosesser som foregår i dette plasmaet, men også ha den matematiske beskrivelsen for å kunne kontrollere dem. I tillegg er kunnskap om ioniske prosesser i plasma nødvendig for utforming av store fasiliteter som den internasjonale eksperimentelle termonukleære reaktoren ITER.
AF Ioffe Physicotechnical Institute har en unik eksperimentell termonukleær installasjon - Globus-M sfærisk tokamak, designet for å studere atferden til plasma i laboratorieforhold, og ikke i reaktormodus.
Ansatte ved instituttet undersøkte og beskrev prosessen med ionisk varmeveksling i plasmaet til Globus-M tokamak. Dette arbeidet ble støttet av et tilskudd fra Presidential Program of Research Projects of the Russian Science Foundation (RSF).
“Vi har bekreftet at særegenhetene ved de fysiske prosessene i plasmaet til Globus-M sfæriske tokamak forhindrer forekomst av ytterligere varmetap gjennom ionekanalen på grunn av plasmaturbulens. Dette betyr at en installasjon av denne typen er et godt grunnlag for å skape en kompakt kilde til termonukleære nøytroner,”sitert forskningssjefen, kandidat for fysiske og matematiske vitenskaper Gleb Kurskiev i pressemeldingen fra Russian Science Foundation.
Jo bedre oppvarming av plasma, desto mer effektiv er fusjonen, og dette krever et sterkt magnetfelt og en elektrisk strøm som strømmer gjennom plasmaet. Tvert imot forstyrrer turbulensen av plasmaioner effektiv oppvarming: i stedet for nyttige kollisjoner, blir ionene avbøyd og forlater plasmaet, som bryter med den termiske isolasjonen. I sitt arbeid har forskere vurdert graden av varmeoverføring i Globus-M sfæriske tokamak.
Salgsfremmende video:
Den eksperimentelt velprøvde modellen for å beregne parametrene for plasmaoppvarming vil tillate oss å designe en kompakt kilde med høyeenergi-nøytroner som kan brukes til splitting av tunge kjerner. Energi kan også fås i prosessen. Forskningen vår vil akselerere utviklingen og implementeringen av mer effektive kjernefysiske systemer ved bruk av både fusjons- og fisjonprosesser,”forklarer Gleb Kurskiyev.
Forskernes forskning kompletterer den grunnleggende kunnskapen som er oppnådd fra eksperimenter på lignende europeiske og amerikanske installasjoner. Ved å kombinere resultatene fra eksperimenter vil det i fremtiden være mulig å designe et mer avansert apparat for kjernefusjonsreaksjoner, sier forskere.
