Peterburi A. F. Ioffe Füüsikalise Instituudi vene füüsikud kirjeldasid sfäärilises tokamakis soojusülekande ioonilisi protsesse. Uuringu tulemused, mis viivad teadlased ühe sammu lähemale termotuumasünteesi probleemi lahendamisele, avaldatakse ajakirjas Plasma Physics and Controlled Fusion.
Kui teadlastel õnnestub kontrollitud termotuumasünteesi idee realiseerida, saab inimkond peaaegu ammendamatu energiaallika. Termotuumasünteesijaamad on tunnistatud ohutuks ja keskkonnasõbralikuks: võrreldes tuumaelektrijaamadega ei toimu neil plahvatusohtlikke reaktsioone ning erinevalt süsivesinike põlemisest ei teki süsinikdioksiidi ja lämmastikoksiidide heitmeid, mis aitavad kaasa globaalsele soojenemisele ja reostavad keskkonda. Lisaks võivad tuumasünteesist saadud neutronid hävitada tuumaelektrijaamades radioaktiivseid jäätmeid.
Termotuumasünteesi katsed viiakse läbi kogu maailmas spetsiaalsetes paigaldustes - tokamakides, mille sees kuumutatakse kergete elementide - vesiniku, deuteeriumi ja triitiumi - gaas temperatuurini 100 miljonit kraadi, mis võimaldab moodustada plasma - gaasi laetud osakestest: ioonidest ja elektronidest. Kuumutatud plasmaioonid põrkuvad üksteisega samal viisil, nagu see juhtub Päikese sisemuses. Sel juhul moodustuvad heeliumituumad ja vabastatakse neutronid ning neutrooni energiat, mis ületab plasma kuumutamise kulusid, saab kasutada tööstuses ja energeetikas.
Füüsikute põhiülesanne on õppida, kuidas hoida plasma termotuumarajatiste sees tugevat magnetvälja kasutades suhteliselt pikka aega. Ja selleks peate mitte ainult teadma, millised protsessid selles plasmas toimuvad, vaid ka omama nende matemaatilist kirjeldust, et saaksite neid kontrollida. Lisaks on suurte ioonrajatiste, näiteks rahvusvahelise eksperimentaalse termotuumareaktori ITER kavandamisel vajalikud teadmised plasma ioonprotsessidest.
AF Ioffe füüsikalis-tehnilisel instituudil on ainulaadne eksperimentaalne termotuumarajatis - sfääriline tokamak Globus-M, mis on mõeldud plasma käitumise uurimiseks laboritingimustes, mitte reaktorirežiimis.
Instituudi töötajad uurisid ja kirjeldasid ioonse soojusvahetuse protsessi Globus-M tokamaki plasmas. Seda tööd toetas Vene Teadusfondi (RSF) presidendiprogrammi toetus.
„Oleme kinnitanud, et Globus-M sfäärilise tokamaki plasmas esinevate füüsikaliste protsesside iseärasused takistavad plasma turbulentsuse tõttu ioonikanali kaudu täiendavate soojuskadude tekkimist. See tähendab, et seda tüüpi paigaldus on hea alus kompaktse termotuumade neutronite allika loomiseks, “tsiteeris uuringu juhataja, füüsikaliste ja matemaatikateaduste kandidaat Gleb Kurskiev Venemaa Teadusfondi pressiteates.
Mida parem on plasma kuumutamine, seda efektiivsem on sulandumine ja see nõuab tugevat magnetvälja ja läbi plasma voolavat elektrivoolu. Vastupidi, plasmaioonide turbulentsus segab tõhusat kuumutamist: kasulike kokkupõrgete asemel ioonid deformeeruvad ja jätavad plasma, mis rikub selle soojusisolatsiooni. Teadlased on oma töös hinnanud soojusülekande astet Globus-M sfäärilises tokamakis.
Reklaamvideo:
„Plasma kuumutamise parameetrite arvutamise eksperimentaalselt tõestatud mudel võimaldab meil kujundada kompaktse kõrge energiaga neutronite allika, mida saab kasutada raskete tuumade lõhustumiseks. Protsessis võib saada ka energiat. Meie teadusuuringud kiirendavad märkimisväärselt tõhusamate tuumasüsteemide väljatöötamist ja juurutamist, kasutades nii termotuuma- kui ka lõhustumisprotsesse,”selgitab Gleb Kurskiyev.
Teadlaste uurimistöö täiendab põhilisi teadmisi, mis on saadud sarnaste Euroopa ja Ameerika rajatistega tehtud katsetest. Katsete tulemusi kombineerides on tulevikus võimalik kavandada keerukam seade tuumasünteesi reaktsioonide jaoks, väidavad teadlased.
