Чтобы использовать силы, которые питают Солнце, для производства значительной чистой энергии на Земле, исследователи нагревают топливо до такой высокой температуры, что атомы расплавляются на электроны и ядра, образуя горячий газообразный суп, называемый плазмой. Примерно в 20 раз превышающая температуру ядра Солнца при 200 миллионах ° C, плазма может проникать сквозь любой материал на Земле, поэтому она должна быть ограничена магнитными полями - но контролировать ее можно только в течение коротких периодов. Исследователи десятилетиями могли осуществлять этот контроль, не понимая точной физики того, как он работает. Теперь, в качестве первого шага к длительному контролю, исследователи из Японского национального института науки о термоядерном синтезе обнаружили, что лежащий в основе механизм может отражать маловероятную биологическую модель "хищник-жертва".
Их отчет был доступен онлайн 1 февраля, перед публикацией в Письма с физическим обзором.
"Необходимо уменьшить тепловую нагрузку плазмы - особенно на диверторе, где тепловая нагрузка становится наиболее значительной - при сохранении характеристик активной зоны плазмы", - сказал автор статьи Тацуя Кобаяси, Национальный институт термоядерных исследований при Национальных институтах естественных наук и Высшей школе перспективных исследований, объясняя дивертор действует как система удаления отходов LHD во время работы.
Чтобы уменьшить тепловую нагрузку, исследователи могут индуцировать отрыв плазмы, заставляя составляющие плазмы рекомбинировать и рассеивать энергию в виде света перед отклонителем LHD.
"В настоящих экспериментах отрывная плазма создается путем приложения возмущения внешнего магнитного поля с помощью дополнительных магнитных катушек", - сказал Кобаяши. "При этом возникает структура магнитного поля, встроенная в основное плазменное тело, называемая магнитным островом, которая увеличивает потери энергии периферийного излучения и толкает плазму в состояние отрыва. Хотя условия работы были определены экспериментально, физика фона еще не была полностью понята."
В ходе дальнейшего анализа исследователи обнаружили, что магнитный остров и точка, в которой происходят переходы плазмы между фазами отсоединения и прикрепления, колеблются в виде самоподдерживающейся волнистости. Параметры тока плазмы в диверторе напрямую влияли на ширину магнитного островка, что затем учитывалось при изменении параметров плазмы.
"Мы обнаружили конкуренцию между магнитным островом и близлежащим локализованным потоком плазмы, который может быть описан моделью хищник-жертва", - сказал Кобаяши, объяснив, что модель отображает, как популяция хищника зависит от популяции его жертвы и наоборот. Взаимосвязь можно изобразить на графике в виде двух пересекающихся линий, поднимающихся и опускающихся лишь слегка несинхронно. "Магнитный островок необходим для снижения тепловой нагрузки плазмы, поэтому конкурентные колебания между магнитным островком и плазменным током также отражаются на тепловой нагрузке плазмы на дивертор".
Исследователи использовали модель "хищник-жертва" между шириной магнитного островка и параметрами плазмы для описания колебаний дивертора и успешно воспроизвели экспериментальные наблюдения.
"Благодаря этой работе мы значительно углубили понимание фоновой физики операции диверторного отряда", - сказал Кобаяси. "Далее мы планируем разработать стабильный и эффективный сценарий отделения, используя базовые знания физики, полученные в ходе этой работы, для реализации установки магнитно-плазменного синтеза".
Другие авторы включают М. Кобаяси, Ю. Науршиму, Ю. Судзуки, К. Ю. Ватанабе, К. Мукаи и Ю. Хаяси, все из Национального института науки о термоядерном синтезе в Национальных институтах естественных наук. Кобаяси, Нарусима, Судзуки и Мукаи также связаны с Высшим университетом перспективных исследований. Судзуки также работает в Высшей школе передовых наук и инженерии Университета Хиросимы. Ватанабэ также работает в Высшей инженерной школе Нагойского университета.
Японское общество содействия развитию науки частично поддержало это исследование.
Комментарии