A szentpétervári A. F. Ioffe Fizikai és Technikai Intézet orosz fizikusai gömb alakú tokamakban írták le a hőátadás ionos folyamatait. A tanulmány eredményeit, amelyek egy lépéssel közelebb hoznak a tudósokhoz a termonukleáris fúziós probléma megoldásához, a Plasma Physics and Controlled Fusion folyóiratban teszik közzé.
Ha a tudósoknak sikerül megvalósítaniuk a szabályozott termonukleáris fúzió ötletét, az emberiség szinte kimeríthetetlen energiaforrást kap. A fúziós erőműveket biztonságosnak és környezetbarátnak tekintik: az atomerőművekkel összehasonlítva nem fordulnak elő robbanásveszélyes reakciók, és a szénhidrogének égésével ellentétben nincs olyan széndioxid- és nitrogén-oxid-kibocsátás, amely hozzájárul a globális felmelegedéshez és szennyezi a környezetet. Ezen túlmenően a termomukleáris fúzióból nyert neutronok elpusztíthatják az atomerőművekben lévő radioaktív hulladékokat.
A termonukleáris fúzióval kapcsolatos kísérleteket az egész világon speciális létesítményekben - tokamakokban - végeznek, amelyek belsejében a könnyű elemek gázát - hidrogént, deutériumot és tríciumot - 100 millió fok hőmérsékletre hevítik, amely lehetővé teszi plazma - gáz képződését töltött részecskékből: ionok és elektronok. A fűtött plazmaionok ugyanúgy ütköznek egymással, mint a Nap belsejében. Ebben az esetben héliummagok alakulnak ki és felszabadulnak a neutronok, és a neutronenergia, amely meghaladja a plazma melegítésének költségeit, felhasználható az iparban és az energetikában.
A fizikusok fő feladata megtanulni, hogyan lehet viszonylag hosszú ideig tartani a plazmát a nukleáris létesítményekben egy erős mágneses teret használva. És ehhez nem csak tudnia kell, hogy milyen folyamatok zajlanak ebben a plazmában, hanem rendelkeznie kell matematikai leírással is, hogy ellenőrizni tudja őket. Ezen túlmenően a plazma ionos folyamatainak ismerete szükséges nagy létesítmények, például az ITER nemzetközi kísérleti termonukleáris reaktor tervezéséhez.
Az AF Ioffe Fizikai-Technikai Intézetnek egyedülálló kísérleti termonukleáris létesítménye van - a Globus-M gömb alakú tokamak, amelyet a plazma viselkedésének tanulmányozására terveztek laboratóriumi körülmények között, nem pedig reaktor üzemmódban.
Az intézet munkatársai megvizsgálták és leírták a ioncserélés folyamatát a Globus-M tokamak plazmájában. Ezt a munkát az Orosz Tudományos Alapítvány (RSF) elnöki kutatási programjának támogatása támogatta.
„Megerősítettük, hogy a Globus-M gömb alakú tokamak plazmájában a fizikai folyamatok jellemzői megakadályozzák az ioncsatornán keresztül történő további hőveszteségek kialakulását a plazma turbulenciája miatt. Ez azt jelenti, hogy egy ilyen típusú telepítés jó alapot teremt a termonukleáris neutronok kompakt forrásához”- idézte a kutatás vezetője, fizikai és matematikai tudományok jelöltje Gleb Kurskiev az Orosz Tudományos Alapítvány sajtóközleményében.
Minél jobb a plazma melegítése, annál hatékonyabb a fúzió, és ehhez erős mágneses mezőre és a plazmán át áramló elektromos áramra van szükség. Éppen ellenkezőleg, a plazmaionok turbulenciája zavarja a hatékony melegítést: a hasznos ütközések helyett az ionok eltérülnek és elhagyják a plazmát, ami megsérti annak hőszigetelését. Munkáikban a tudósok felbecsülték a Globus-M gömb alakú tokamak hőátadásának mértékét.
Promóciós videó:
„A plazmafűtés paramétereinek kiszámításához kísérletileg bevált modell lehetővé teszi számunkra, hogy megtervezzünk egy nagy energiájú neutronok kompakt forrását, amely felhasználható a nehéz magok hasadására. Energia nyerhető a folyamat során. Kutatásunk jelentősen felgyorsítja a hatékonyabb nukleáris rendszerek kifejlesztését és bevezetését mind a fúziós, mind a hasadási folyamatok felhasználásával”- magyarázza Gleb Kurskiyev.
A tudósok kutatása kiegészíti az alapvető ismereteket, amelyeket hasonló európai és amerikai létesítményekkel végzett kísérletekkel szereztek. A kísérletek eredményeinek kombinálásával a jövőben egy fejlettebb eszközt lehet tervezni a magfúziós reakciókhoz - mondják a tudósok.
