Ryska fysiker från A. F. Ioffe Physicotechnical Institute i St. Petersburg beskrev joniska processer för värmeöverföring i en sfärisk tokamak. Resultaten från studien, som tar forskare ett steg närmare att lösa problemet med termonukleär fusion, publiceras i tidskriften Plasma Physics and Controlled Fusion.
Om forskare lyckas förverkliga idén om kontrollerad termonukleär fusion, kommer mänskligheten att få en nästan outtömlig energikälla. Fusionskraftverk erkänns som säkra och miljövänliga: jämfört med kärnkraftverk har de inte explosiva reaktioner, och till skillnad från förbränningen av kolväten finns det inga utsläpp av koldioxid och kväveoxider som bidrar till den globala uppvärmningen och förorenar miljön. Dessutom kan neutroner erhållna från termonukleär fusion förstöra radioaktivt avfall vid kärnkraftverk.
Experiment på termonukleär fusion genomförs över hela världen i specialinstallationer - tokamaks, inuti en gas av ljuselement - väte, deuterium och tritium - värms upp till en temperatur på 100 miljoner grader, vilket gör det möjligt att bilda en plasma - en gas av laddade partiklar: joner och elektroner. De uppvärmda plasmajonerna kolliderar med varandra på samma sätt som det händer i solens inre. I detta fall bildas heliumkärnor och neutroner frigörs, och neutronenergin, som överstiger kostnaden för uppvärmning av plasma, kan användas inom industri och kraftteknik.
Fysikernas huvuduppgift är att lära sig att hålla plasma inne i termonukleära installationer med ett starkt magnetfält under relativt lång tid. Och för detta behöver du inte bara veta vilka processer som sker i denna plasma, utan också ha deras matematiska beskrivning för att kunna kontrollera dem. Dessutom är kunskap om joniska processer i plasma nödvändig för utformningen av stora anläggningar, såsom den internationella experimentella termonukleära reaktorn ITER.
AF Ioffe Physicotechnical Institute har en unik experimentell termonukleär installation - Globus-M sfäriska tokamak, utformad för att studera uppförandet av plasma under laboratorieförhållanden och inte i reaktorläge.
Personalen vid institutet undersökte och beskrev processen för jonisk värmeväxling i plasma från Globus-M tokamak. Detta arbete stöds av ett bidrag från det ryska vetenskapsstiftelsens presidentprogram för forskningsprojekt (RSF).
”Vi har bekräftat att de speciella egenskaperna hos de fysiska processerna i plasma från Globus-M-sfäriska tokamak förhindrar förekomsten av ytterligare värmeförluster genom jonkanalen på grund av plasmaturbulens. Detta innebär att en installation av denna typ är en bra grund för att skapa en kompakt källa för termonukleära neutroner,”citerade forskningschefen, kandidat för fysiska och matematiska vetenskaper Gleb Kurskiev, i ett pressmeddelande från Russian Science Foundation.
Ju bättre uppvärmning av plasma, desto effektivare är fusionen, och detta kräver ett starkt magnetfält och en elektrisk ström som strömmar genom plasma. Tvärtom, stör turbulensen hos plasmajoner med effektiv uppvärmning: istället för användbara kollisioner avleds jonerna och lämnar plasma, vilket bryter mot dess värmeisolering. I sitt arbete har forskare bedömt graden av värmeöverföring i Globus-M sfäriska tokamak.
Kampanjvideo:
”Den experimentellt beprövade modellen för att beräkna parametrarna för plasmauppvärmning gör att vi kan utforma en kompakt källa med högenergin neutroner som kan användas för klyvning av tunga kärnor. Energi kan också erhållas i processen. Vår forskning kommer att påskynda utvecklingen och implementeringen av mer effektiva kärnkraftssystem genom att använda både fusions- och klyvningsprocesser, förklarar Gleb Kurskiyev.
Forskarnas forskning kompletterar den grundläggande kunskap som erhållits från experiment på liknande europeiska och amerikanska installationer. Genom att kombinera resultaten från experiment kommer det i framtiden att vara möjligt att designa en mer avancerad anordning för kärnfusionsreaktioner, säger forskare.
