Ruski fizičari s fizikalno-tehničkog instituta A. F. Ioffe u Sankt Peterburgu opisali su ionske procese prijenosa topline u sferičnom tokamaku. Rezultati studije, koja znanstvenicima donosi korak bliže rješenju problema termonuklearne fuzije, objavljeni su u časopisu Plasma Physics and Controlled Fusion.
Ako znanstvenici uspiju realizirati ideju kontrolirane termonuklearne fuzije, čovječanstvo će dobiti gotovo neiscrpan izvor energije. Fuzijske elektrane prepoznate su kao sigurne i ekološke: u usporedbi s nuklearnim elektranama, oni ne prolaze eksplozivne reakcije, a za razliku od izgaranja ugljikovodika, ne postoje emisije ugljičnog dioksida i dušikovih oksida koji doprinose globalnom zagrijavanju i zagađuju okoliš. Nadalje, neutroni dobiveni termonuklearnom fuzijom mogu uništiti radioaktivni otpad u nuklearnim elektranama.
Eksperimenti s termonuklearnom fuzijom provode se diljem svijeta u posebnim instalacijama - tokamaksima, unutar kojih se zagrijava plin svjetlosnih elemenata - vodika, deuterija i tricija do temperature od 100 milijuna stupnjeva, što omogućava formiranje plazme - plina iz nabijenih čestica: iona i elektrona. Grijani ioni plazme sudaraju se jedan na drugi na isti način kao što se događa u unutrašnjosti Sunca. U tom se slučaju formiraju jezgre helija i oslobađaju se neutroni, a energija neutrona koja prelazi trošak zagrijavanja plazme može se upotrijebiti u industriji i energetici.
Glavni zadatak fizičara je naučiti kako relativno dugo vrijeme održavati plazmu u termonuklearnim postrojenjima koristeći snažno magnetsko polje. A za to morate ne samo znati koji se procesi odvijaju u ovoj plazmi, već i imati njihov matematički opis kako biste ih mogli kontrolirati. Pored toga, znanje ionskih procesa u plazmi potrebno je za projektiranje velikih postrojenja poput međunarodnog eksperimentalnog termonuklearnog reaktora ITER.
Fiziotehnički institut AF Ioffe ima jedinstvenu eksperimentalnu termonuklearnu instalaciju - sferni tokamak Globus-M, dizajniran za proučavanje ponašanja plazme u laboratorijskim uvjetima, a ne u reaktorskom režimu.
Osoblje Instituta istraživalo je i opisalo proces ionske izmjene topline u plazmi tokaka Globus-M. Ovaj rad je podržan grantom iz Predsjedničkog programa istraživačkih projekata Ruske zaklade za znanost (RSF).
„Potvrdili smo da osobitosti fizičkih procesa u plazmi sfernog tokamaka Globus-M sprječavaju pojavu dodatnih toplinskih gubitaka kroz ionski kanal uslijed turbulencije plazme. To znači da je instalacija ovog tipa dobra osnova za stvaranje kompaktnog izvora termonuklearnih neutrona , rekao je voditelj istraživanja, kandidat fizičko-matematičkih znanosti Gleb Kurskiev, citiran u priopćenju za javnost Ruske zaklade za znanost.
Što je bolje zagrijavanje plazme, to je efikasnija fuzija, a za to je potrebno snažno magnetsko polje i električna struja koja teče kroz plazmu. Suprotno tome, turbulencija plazma iona ometa učinkovito zagrijavanje: umjesto korisnih sudara, ioni se odbijaju i napuštaju plazmu, što narušava njegovu toplinsku izolaciju. U svom radu, znanstvenici su procijenili stupanj prijenosa topline u sfernom tokamaku Globus-M.
Promotivni video:
„Eksperimentalno dokazani model izračunavanja parametara grijanja u plazmi omogućit će nam dizajn kompaktnog izvora visokoenergetskih neutrona koji se mogu koristiti za fisiju teških jezgara. U procesu se može dobiti i energija. Naše istraživanje značajno će ubrzati razvoj i primjenu učinkovitijih nuklearnih sustava koji koriste i fuziju i proces dijeljenja , objašnjava Gleb Kurskiev.
Znanstveno istraživanje nadopunjuje temeljna znanja stečena eksperimentima na sličnim europskim i američkim instalacijama. Kombinacijom rezultata eksperimenata u budućnosti će biti moguće dizajnirati napredniji uređaj za reakcije nuklearne fuzije, kažu znanstvenici.