Processen med bølger, der bærer plasmavarme, observeres for første gang

Ved fusionskraftproduktion er det vigtigt, at de højenergipartikler, der genereres af en fusionsreaktion i varmt plasma, opvarmer det for at opretholde yderligere fusionsreaktioner. Nøglen til denne selvopvarmning af plasmaet er, om det kan opvarmes af bølger skabt af højenergipartiklerne.

En forskergruppe ledet af professor Katsumi Ida, assisterende professorer Tatsuya Kobayashi og Mikiro Yoshinuma fra National Institute for Fusion Science og professor Yuto Kato fra Tohoku University, har målt tidsvariationen af ​​plasmahastighedsprofilen i Large Helical Device (LHD) kl. National Institute for Fusion Science og fandt ud af, at elektromagnetiske bølger produceret af højenergipartikler transporterer varme gennem en proces kaldet Landau-dæmpning. Dette er den første observation i verden af ​​denne proces. Et papir, der opsummerer resultaterne af denne forskning, blev offentliggjort i Communications Physics den 28. september.

Indtil nu har der ikke været nogen metode til direkte at måle plasmaopvarmningsprocessen forårsaget af elektromagnetiske bølger genereret inde i plasmaet, så det har ikke været kendt, om denne proces rent faktisk eksisterer. For at fange det har professor Katsumi Ida og hans forskergruppe arbejdet på at udvikle et nyt målesystem.

For direkte at måle opvarmningsprocessen er det nødvendigt at bestemme tidsvariationen af ​​hastighedsfordelingen, som angiver hvilke hastighedspartikler der er til stede og i hvilket forhold. Til dette formål injicerede de højhastighedsatomer i plasmaet og brugte en metode til at måle hastighedsfordelingen af ​​plasmapartikler ved høj hastighed ud fra bølgelængdefordelingen af ​​lys udsendt fra plasmaet (højhastigheds ladningsudvekslingsspektroskopi). Professor Ida og hans kolleger påtog sig udfordringen med ultrahøjhastighedsmåling, som var blevet anset for vanskelig, og lykkedes med at måle tidsvariationen af ​​plasmapartiklernes hastighedsfordeling ved en ultrahøjhastighed på 10 kHz (10.000 gange i sekundet).

I LHD udføres eksperimenter for at undersøge selvopvarmning af plasma ved hjælp af en højhastighedspartikelstråle, der simulerer højenergipartikler fra nuklear fusionsreaktioner. I dette eksperiment til at simulere selvopvarmning blev et nyudviklet målesystem brugt til at måle i detaljer tidsvariationen af ​​plasmapartiklernes hastighedsfordeling. Som et resultat blev det opdaget for første gang i verden, at plasmaet opvarmes på grund af opbremsningen af ​​højhastighedspartikelstrålen og forvrængning af plasmapartiklernes hastighedsprofil forårsaget af generering af elektromagnetiske bølger indeni plasmaet.

Årsagen til denne forvrængning af hastighedsprofilen viste sig at være, at energien fra højhastighedspartikelstrålen blev overført til den elektromagnetiske bølge gennem en proces kaldet Landau-dæmpning, og energien fra den elektromagnetiske bølge blev overført til plasmapartiklerne. Med andre ord observerede de, at de elektromagnetiske bølger førte energien fra højhastighedspartikelstrålen til plasmaet og opvarmede det.

Professor Ida sagde:"For selvopvarmning af plasma i fusionskraftproduktion er det ikke nok for højenergipartikler at kollidere med plasma og opvarme dem, så opvarmning ved andre processer er også nødvendig. Dette resultat, som viser, at elektromagnetiske bølger genereret inde i plasmaet kan opvarme det, giver vigtig viden til fusionsforskning. Ydermere vil det bidrage til studiet af Jordens magnetosfære, hvor partikelacceleration sker ved en lignende proces, og vil fremme fremtidig tværfaglig forskning." + Udforsk yderligere

Simuleringer viser ionopvarmning ved plasmaoscillationer til fusionsenergi