Opdagelse af højhastigheds plasmaturbulens i bevægelse, der overgår varmebevægelsen

For at opnå et fusionskraftværk er det nødvendigt stabilt at begrænse et plasma på mere end 100 millioner grader Celsius i et magnetfelt og opretholde det i lang tid. En forskningsgruppe ledet af adjunkt Naoki Kenmochi, professor Katsumi Ida og lektor Tokihiko Tokuzawa fra National Institute for Fusion Science (NIFS), National Institutes of Natural Sciences (NINS), Japan, ved hjælp af måleinstrumenter udviklet uafhængigt og i samarbejde af professor Daniel J. den Hartog fra University of Wisconsin, USA, opdagede for første gang, at turbulens bevæger sig hurtigere end varme, når varme slipper ud i plasmaer i Large Helical Device (LHD). Et kendetegn ved denne turbulens gør det muligt at forudsige ændringer i plasmatemperaturen, og det forventes, at observation af turbulens vil føre til udviklingen af ​​en metode til realtidsstyring af plasmatemperaturen i fremtiden.

I højtemperaturplasma, der er begrænset af magnetfeltet, genereres "turbulens", som er en strømning med hvirvler af forskellige størrelser. Denne turbulens får plasmaet til at blive forstyrret, og varmen fra det indelukkede plasma strømmer udad, hvilket resulterer i et fald i plasmatemperaturen. For at løse dette problem er det nødvendigt at forstå egenskaberne ved varme og turbulens i plasma. Turbulensen i plasmaer er dog så kompleks, at vi endnu ikke har opnået en fuld forståelse af den. Især hvordan den genererede turbulens bevæger sig i plasmaet er ikke godt forstået, fordi det kræver instrumenter, der kan måle tidsudviklingen af ​​minut turbulens med høj følsomhed og ekstremt høj rumlig temporær opløsning.

Der kan dannes en "barriere" i plasmaet, som virker til at blokere for transporten af ​​varme fra midten og udad. Barrieren laver en stærk trykgradient i plasmaet og genererer turbulens. Adjunkt Kenmochi og hans forskergruppe har udviklet en metode til at bryde denne barriere ved at udtænke en magnetisk feltstruktur. Denne metode giver os mulighed for at fokusere på den varme og turbulens, der flyder kraftigt, når barriererne brydes, og at studere deres forhold i detaljer. Derefter målte vi ved hjælp af elektromagnetiske bølger af forskellige bølgelængder den skiftende temperatur og varmestrøm af elektroner og millimeterstørrelse fin turbulens med verdens højeste niveau af nøjagtighed. Tidligere havde man vidst, at varme og turbulens bevægede sig næsten samtidigt med en hastighed på 5.000 kilometer i timen, omtrent som et flys hastighed, men dette eksperiment førte til, at verdens første opdagelse af turbulens bevægede sig forud for varme med en hastighed på 40.000 kilometer pr. time. Hastigheden af ​​denne turbulens er tæt på en rakets.

Adjunkt Naoki Kenmochi siger, at "denne forskning har dramatisk forbedret vores forståelse af turbulens i fusionsplasmaer. Det nye kendetegn ved turbulens, at det bevæger sig meget hurtigere end varme i et plasma, indikerer, at vi muligvis er i stand til at forudsige plasmatemperaturændringer ved at observere forudsigelig turbulens. I fremtiden forventer vi baseret på dette at udvikle metoder til at kontrollere plasmatemperaturer i realtid."

Forskningen blev offentliggjort i Scientific Reports . + Udforsk yderligere

Det første eksperimentelle bevis på udbredelsen af ​​plasmaturbulens