Russiske fysikere fra A. F. Ioffe Physicotechnical Institute i Skt. Petersborg beskrev ioniske processer med varmeoverførsel i en sfærisk tokamak. Resultaterne af undersøgelsen, der bringer forskere et skridt nærmere på at løse problemet med termonuklear fusion, offentliggøres i tidsskriftet Plasma Physics and Controlled Fusion.
Hvis videnskabsmænd lykkes med at realisere ideen om kontrolleret termonuklear fusion, vil menneskeheden modtage en næsten uudtømmelig energikilde. Fusionskraftværker anerkendes som sikre og miljøvenlige: Sammenlignet med atomkraftværker gennemgår de ikke eksplosive reaktioner, og i modsætning til forbrænding af kulbrinter er der ingen emissioner af kuldioxid og nitrogenoxider, der bidrager til global opvarmning og forurener miljøet. Derudover kan neutroner opnået fra termonuklear fusion ødelægge radioaktivt affald ved kernekraftværker.
Eksperimenter med termonuklear fusion udføres over hele verden i specielle installationer - tokamaks, hvori en gas af lette elementer - brint, deuterium og tritium - opvarmes til en temperatur på 100 millioner grader, hvilket gør det muligt at danne et plasma - en gas fra ladede partikler: ioner og elektroner. De opvarmede plasmaioner kolliderer med hinanden på samme måde som det sker i det indre af Solen. I dette tilfælde dannes heliumkerner, og neutroner frigives, og neutronenergien, der overstiger omkostningerne ved opvarmning af plasmaet, kan bruges i industri og energiteknik.
Fysikernes vigtigste opgave er at lære at holde plasma inde i termonukleare installationer ved hjælp af et stærkt magnetfelt i relativt lang tid. Og for dette behøver du ikke kun at vide, hvilke processer der finder sted i dette plasma, men også have deres matematiske beskrivelse for at være i stand til at kontrollere dem. Derudover er viden om ioniske processer i plasma nødvendig for design af store faciliteter såsom den internationale eksperimentelle termonukleære reaktor ITER.
AF Ioffe Physicotechnical Institute har en unik eksperimentel termonuklear installation - Globus-M sfærisk tokamak, designet til at undersøge plasmaets opførsel under laboratorieforhold og ikke i reaktortilstand.
Institutets personale undersøgte og beskrev processen med ionisk varmeudveksling i plasmaet fra Globus-M tokamak. Dette arbejde blev støttet af et tilskud fra det præsidentielle program for forskningsprojekter fra Russian Science Foundation (RSF).
”Vi har bekræftet, at særegenhederne ved de fysiske processer i plasmaet af Globus-M sfærisk tokamak forhindrer forekomsten af yderligere varmetab gennem ionkanalen på grund af plasmaturbulens. Det betyder, at en installation af denne type er et godt grundlag for at skabe en kompakt kilde til termonukleare neutroner,”citerede forskerlederen, kandidat for fysiske og matematiske videnskaber Gleb Kurskiev, i en pressemeddelelse fra Russian Science Foundation.
Jo bedre opvarmning af plasmaet er, desto mere effektiv er fusionen, og dette kræver et stærkt magnetfelt og en elektrisk strøm, der strømmer gennem plasmaet. Tværtimod forstyrrer turbulensen af plasmaioner effektiv opvarmning: i stedet for nyttige kollisioner afbøjes ionerne og forlader plasmaet, hvilket krænker dets varmeisolering. I deres arbejde har forskere vurderet graden af varmeoverførsel i Globus-M sfæriske tokamak.
Salgsfremmende video:
”Den eksperimentelt dokumenterede model til beregning af parametre for plasmaopvarmning giver os mulighed for at designe en kompakt kilde med højenerginutroner, der kan bruges til splitting af tunge kerner. Der kan også fås energi i processen. Vores forskning vil accelerere udviklingen og implementeringen af mere effektive nukleare systemer ved hjælp af både fusions- og fissionsprocesser,”forklarer Gleb Kurskiyev.
Forskernes forskning supplerer den grundlæggende viden, der er opnået fra eksperimenter på lignende europæiske og amerikanske installationer. Ved at kombinere resultaterne af eksperimenter vil det i fremtiden være muligt at designe en mere avanceret anordning til nukleare fusionsreaktioner, siger forskere.