Ruski fiziki iz fizikalnega inštituta A. F. Ioffe v Sankt Peterburgu so opisali ionske procese prenosa toplote v sferičnem tokamaku. Rezultati študije, ki znanstvenikom približa reševanje problema termonuklearne fuzije, so objavljeni v reviji Plasma Physics and Controlled Fusion.
Če znanstvenikom uspe uresničiti idejo o nadzorovani termonuklearni fuziji, bo človeštvo dobilo skoraj neizčrpen vir energije. Fuzijske elektrarne so priznane kot varne in okolju prijazne: v primerjavi z jedrskimi elektrarnami ne doživljajo eksplozivnih reakcij in za razliko od zgorevanja ogljikovodikov ne izpuščajo ogljikovega dioksida in dušikovih oksidov, ki prispevajo k globalnemu segrevanju in onesnažujejo okolje. Poleg tega lahko nevtroni, pridobljeni s termonuklearno fuzijo, uničijo radioaktivne odpadke v jedrskih elektrarnah.
Poizkusi s termonuklearno fuzijo se po vsem svetu izvajajo v posebnih napravah - tokamakih, znotraj katerih se plin svetlobnih elementov - vodik, devterij in tritij - segreje do temperature 100 milijonov stopinj, kar omogoča tvorbo plazme - plina iz nabitih delcev: ionov in elektronov. Segreti plazemski ioni se med seboj trčijo na enak način, kot se dogaja v notranjosti Sonca. V tem primeru nastanejo helijeva jedra in se sproščajo nevtroni, nevtronska energija, ki presega stroške segrevanja plazme, pa se lahko uporablja v industriji in energetiki.
Glavna naloga fizikov je, da se naučijo, kako relativno dolgo časa zadrževati plazmo v termonuklearnih napravah z uporabo močnega magnetnega polja. In za to morate vedeti ne le, kakšni procesi se odvijajo v tej plazmi, ampak tudi imeti njihov matematični opis, da boste lahko nadzirali. Poleg tega je poznavanje ionskih procesov v plazmi potrebno za načrtovanje velikih objektov, kot je mednarodni eksperimentalni termonuklearni reaktor ITER.
Fizikalni inštitut AF Ioffe ima edinstveno eksperimentalno termonuklearno napravo - sferični tokamak Globus-M, zasnovan za preučevanje obnašanja plazme v laboratorijskih pogojih in ne v reaktorskem načinu.
Osebje inštituta je preučilo in opisalo postopek ionske izmenjave toplote v plazmi tokaka Globus-M. To delo je bilo podprto s štipendijo predsedniškega programa raziskovalnih projektov Ruske znanstvene fundacije (RSF).
„Potrdili smo, da značilnosti fizikalnih procesov v plazmi sferičnega tokamaka Globus-M preprečujejo nastanek dodatnih toplotnih izgub skozi ionski kanal zaradi turbulenc v plazmi. To pomeni, da je tovrstna instalacija dobra osnova za ustvarjanje kompaktnega vira termonuklearnih nevtronov, «je v sporočilu za javnost navedel vodja raziskave, kandidat fizikalnih in matematičnih znanosti Gleb Kurskijev.
Boljše kot je segrevanje plazme, učinkovitejša je fuzija, za to pa je potrebno močno magnetno polje in električni tok, ki teče skozi plazmo. Nasprotno, turbulenca plazemskih ionov moti učinkovito segrevanje: ioni namesto uporabnih trkov odklonijo in zapustijo plazmo, kar krši njegovo toplotno izolacijo. Znanstveniki so pri svojem delu ocenili stopnjo prenosa toplote v sferičnem tokaku Globus-M.
Promocijski video:
„Eksperimentalno dokazan model za izračun parametrov segrevanja v plazmi nam bo omogočil oblikovanje kompaktnega vira visokoenergijskih nevtronov, ki se lahko uporablja za cepitev težkih jeder. V procesu lahko dobimo tudi energijo. Naše raziskave bodo bistveno pospešile razvoj in izvajanje učinkovitejših jedrskih sistemov z uporabo fuzijskih in fisionih procesov, «pojasnjuje Gleb Kurskijev.
Raziskave znanstvenikov dopolnjujejo temeljna znanja, pridobljena s poskusi na podobnih evropskih in ameriških napravah. S kombiniranjem rezultatov poskusov bo v prihodnosti mogoče oblikovati bolj napredno napravo za reakcije jedrske fuzije, pravijo znanstveniki.