Hvordan formede donutformede fusionsplasmaer at reducere uønsket turbulens

Fusionsforskning har været domineret af søgen efter en passende måde at sikre indespærring som led i forskningen om at bruge fusion til at generere energi. I en nylig artikel offentliggjort i EPJ H , Fritz Wagner fra Max Planck Institute for Plasma Physics i Tyskland, giver et historisk perspektiv, der beskriver, hvordan vores gradvise forståelse af forbedrede indespærringsordninger for det, der kaldes toroidale fusionsplasmaer - indesluttet i en donutform ved hjælp af stærke magnetfelter - har udviklet sig siden 1980'erne. Han forklarer, i hvilket omfang fysikernes forståelse af mekanismerne for turbulent transport i sådanne højtemperaturplasmaer har været kritisk for at forbedre fremskridtene mod høst af fusionsenergi.

Frigivelsen af ​​energi fra fusionsprocesser mellem deuteroner og tritoner (DT-fusion) kræver høje temperaturer for at overvinde Coulomb-potentialet, høj tæthed ved hyppige sammenstød og en høj energiindeslutningstid. Plasma består af lette negative og tunge positive ladninger med stærkt forskellige mobiliteter. Imidlertid, forøgelse af trykket ved ekstra opvarmning for at bringe plasmaet tættere på fusionsbetingelserne får turbulens til at blive mere voldsom, så plasmaklukning nedbrydes.

Niveauet af negativ turbulens reducerer i sidste ende udsigterne til fusion. Fysikere fandt i 1980'erne ud af, at toroidformede plasmaer af tokamak-typen tilbyder en vej til lav turbulens takket være deres evne til selvorganisering. I løbet af de sidste 30 til 40 år har de indså, at turbulens og plasmaflow er forbundet og regulerer hinanden. Ja, de fandt ud af, at den rumlige variation af plasmastrømmen regulerer drift-bølgetypens turbulens. De fandt også ud af, at denne mekanisme er et andet eksempel på en selvorganiseringsproces, der længe har været kendt inden for geofysisk væskedynamik.