Mitme miljoni kraadi juures keeva plasma kontrollimine on tuumade sünteesi – meie tulevase suure energialootuse – väljakutse. EPFL’I (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne) Plasmafüüsika Uurimiskeskus avaldas äsja kaks teadusartiklit, mis edendavad teadmisi selles vallas.
Plasma. Pilt: Alain Herzog
Kui plasmasid saaks kontrollida, võiks ühel päeval olla võimalik kasutada tuumasünteesi energiaallikana. Nagu tähtedeski, keeb see ülikuum aine aga pidevalt, mis muudab selle reaktoris kontrollimise keeruliseks. Plasmas esinevad ebastabiilsused loovad mullisarnaseid “laike”, mis võivad lõhkedes kahjustada reaktori sisemisi seinu. Teadlased üritavad leida võimalusi stabiliseerimaks plasmat tuumast pinnani välja. Kaks CRPP uurimustöö meeskonda tegid hiljuti selles vallas edusamme, parandades meie arusaama nendest ebastabiilsustest, vahendab Physorg.com.
Pealispinnal
Pinnal esinevad ebastabiilsused ilmnevad kiududena. Füüsikud tegid vaatlusandmete põhjal kindlaks, et need struktuurid pärinevad plasmas levivatest lainetest. Nad selgitasid välja laine dünaamika ning seejärel mõõtsid täpselt kiudude omadusi (eriti elektrilisi), kasutades instrumente, mis on võimelised salvestama 250 000 kaadrit sekundis. Need mõõtmised esindavad suurt saavutust, sest vaid mõne sentimeetri pikkused kiud liiguvad kiirusel kaks kilomeetrit sekundis ligi 50 000°C-sel temperatuuril, omades 80 kilomeetrise tunnikiirusega liikuva 10-tonnise veoauto energiat. Sellegipoolest õnnestus teadlastel vaatluse käigus avastada, et kiud on võimelised looma oma voolu. Sellega kinnitasid nad Christian Theileri väljapakutud teooriat.
Tänu sellele avastusele saab olema võimalik sisestada elektrivoolu otse kiududesse. Eksperimendi juht Ivo Furno selgitas: “Mullide moodustumise ärahoidmine on väga keeruline, kuid võib olla võimalik kontrollida nende kiirust ja trajektoori.” Plasma kõrgendatud temperatuuri tõttu on vajalik seda mõjutada kiudude kontrollimiseks ilma otsese kontaktita, mistõttu on see tehnika eriliselt paljutõotav. Avastusel saab olema väga tähtis mõju uurimustööle, sest kiud esinevad kõikides “tokamaksides” ehk tuumafusiooni reaktorites olevates plasmades. Kiudude käitumise kontrollimist ITERi tokamakis peetakse lausa projekti edu võtmeks.
Tuumas
EPFL’I TCV-sarnastes reaktorites hoitakse plasma tuuma ülikõrgel temperatuuril – saja miljoni kraadi lähedal – nii kaua kui võimalik, loomaks fusioonireaktsioone. Selleks piiravad füüsikud plasma magnetväljade abil. Vaatamata oma pingutustele tekivad koores endiselt kuumad mullid ning on oht, et mitmed mullid koonduvad ja pääsevad lõpuks pinnale.
Timothy Goodmani juhitud teadlastegrupil õnnestus esmakordselt kontsentreerida kiirgust ekvivalentselt tuhande mikrolaineahjuga vaid mõne millimeetri täpsusega, kasutades selleks peeglite komplekti, mida on võimalik reaalajas kohandada. Selle võimsa kiirega õnnestus neil ära hoida mullide võimendumist ilma plasma tuumas tekkinud reaktsioone häirimata.
“Stabiilsuse hoidmiseks peavad füüsikud sekkuma plasmasse nagu kirurgid – võimalikult vähe sissetungival moel,” lisas Ambroglio Fasoli. See uurimustöö tähistab uut sammu teekonnal tuumasünteesi kontrollimise suunas. Selle saabumine on ka õigeaegne: mitte ainult pole konventsionaalne tuumaelekter põhjalikus uurimises, vaid sünteesi potentsiaalile nõutakse ka tõendeid.
Teadusartiklid:
“Direct Two-Dimensional Measurements of the Field-Aligned Current Associated with Plasma Blobs”
“Sawtooth Pacing by Real-Time Auxiliary Power Control in a Tokamak Plasma“
Termotuumasünteesi jaoks aktuaalsetel temperatuuridel on plasma juba täielikult ioniseeritud, st vabu elektrone saab lisanduda vaid nende injekteerimise teel. See aga rikuks plasma elektrilise neutraalsuse ja muudaks selle veelgi vähem stabiilseks.