Isotopbevægelse er nøglen til fusionsreaktionernes kraft

Fusion kan være fremtiden for ren energi. På samme måde som solen tvinger reaktioner mellem lyselementer, såsom brint, at producere tunge grundstoffer og varmeenergi, fusion på Jorden kan generere elektricitet ved at udnytte kraften i elementære reaktioner. Problemet er at kontrollere ensartetheden af ​​hydrogenisotopdensitetsforholdet i fusionsplasmaet - suppen af ​​elementer, der vil smelte og producere energi.

Et forskerhold i Japan har nået en central forståelse af denne proces, der kan hjælpe den fremtidige udvikling og brug af fusionsplasma.

De offentliggjorde deres resultater den 14. januar i Fysisk gennemgangsbreve .

Forskerne fokuserede på et forhold mellem hydrogenisotoper, eller vægtvarierede versioner af brint i plasma produceret i Large Helical Device (LHD) på National Institute for Fusion Science (NIFS). Plasmaet bestod af hydrogen og deuterium, som vejer dobbelt så meget som brint. Ved at forstå, hvordan dette plasma blandes, forskerne kan begynde at forudsige, hvordan fremtidigt plasma bestående af deuterium og tritium, som vejer tre gange så meget som brint, kan opføre sig.

"I kernen af ​​fusionsplasma, det er mest ønskeligt at have en jævn opdeling mellem deuterium og tritium, fordi det giver den højeste fusionskraft, "sagde papirforfatter Katsumi Ida, en professor med både National Institute for Fusion Science og Graduate University for Advanced Studies. "Imidlertid, vi kan kun kontrollere isotopforholdet ved kanten af ​​plasmaet, ikke i kernen. Vi satte os for at undersøge, om isotopforholdet er ensartet i hele blandingen. Hvis det ikke er, kan vi gøre det ensartet? "

Ida og hans team fandt ud af, at ensartetheden bestemmes af, hvordan isotoperne bevæger sig. Omtales som en turbulent tilstand, isotoper påvirket af turbulens for iontemperaturgradient (ITG) var langt mere ensartede end isotoper, der gennemgik fanget-elektron-turbulens (TEM).

"Den ITG-dominerende tilstand er langt mere gunstig i fusionsplasma, "Ida sagde." Vi så dannelsen af ​​en ikke-blandende profil og dens overgang til en ensartet isotoptilstand i plasmaet, forbundet med stigningen i turbulens, der formerer sig langs iontemperaturgradienten. "

ITG -turbulens involverer en temperaturgradient, der matcher de magnetiske felter, der begrænser fusionsplasmaet. Isotoperne bevæger sig mere, hvis de er i den varmere ende, tillader isotoper at blande sig mere jævnt. Ifølge Ida, denne forståelse kan hjælpe forskere med at kontrollere plasmaens ensartethed og øge effekten af ​​fusionsplasmaisotopblandinger.

Forskerne planlægger at studere ensartethed i andre ioner, herunder i helium - et element frembragt ved fusionsreaktionen mellem deuterium og tritium.