Ruští fyzici z Fyziologického ústavu A. F. Ioffeho v Petrohradě popsali iontové procesy přenosu tepla ve sférickém tokamaku. Výsledky studie, která vědcům přiblíží řešení problému termonukleární fúze, jsou publikovány v časopise Plasma Physics and Controlled Fusion.
Pokud se vědcům podaří realizovat myšlenku řízené termonukleární fúze, dostane lidstvo téměř nevyčerpatelný zdroj energie. Fúzní elektrárny jsou považovány za bezpečné a šetrné k životnímu prostředí: ve srovnání s jadernými elektrárnami nepodstupují výbušné reakce a na rozdíl od spalování uhlovodíků neexistují žádné emise oxidu uhličitého a oxidů dusíku, které přispívají ke globálnímu oteplování a znečišťují životní prostředí. Navíc neutrony získané termonukleární fúzí mohou zničit radioaktivní odpad v jaderných elektrárnách.
Experimenty na termonukleární fúzi se provádějí po celém světě ve speciálních instalacích - tokamakech, uvnitř kterých se plyn světelných prvků - vodík, deuterium a tritium - zahřívá na teplotu 100 milionů stupňů, což umožňuje tvorbu plazmy - plyn nabitých částic: ionty a elektrony. Zahřáté plazmatické ionty se navzájem srazí stejným způsobem, jako se to děje v nitru Slunce. V tomto případě se tvoří jádra helia a uvolňují se neutrony a neutronová energie, která převyšuje náklady na ohřev plazmy, může být použita v průmyslu a energetice.
Hlavním úkolem fyziků je naučit se, jak udržovat plazmu uvnitř termonukleárních zařízení pomocí silného magnetického pole po relativně dlouhou dobu. K tomu potřebujete nejen vědět, jaké procesy probíhají v této plazmě, ale také musíte mít jejich matematický popis, abyste je mohli ovládat. Kromě toho jsou znalosti iontových procesů v plazmě nezbytné pro návrh velkých zařízení, jako je mezinárodní experimentální termonukleární reaktor ITER.
Fyzikálně-technologický institut AF Ioffe má unikátní experimentální termonukleární zařízení - kulový tokamak Globus-M, navržený ke studiu chování plazmy v laboratorních podmínkách, nikoli v reaktorovém režimu.
Zaměstnanci ústavu zkoumali a popisovali proces výměny iontového tepla v plazmě tokamaku Globus-M. Tato práce byla podpořena grantem z Prezidentského programu výzkumných projektů Ruské vědecké nadace (RSF).
„Potvrdili jsme, že zvláštnosti fyzikálních procesů v plazmě sférického tokamaku Globus-M zabraňují výskytu dalších tepelných ztrát iontovým kanálem v důsledku plazmových turbulencí. To znamená, že instalace tohoto typu je dobrým základem pro vytvoření kompaktního zdroje termonukleárních neutronů, “uvedl vedoucí výzkumu, kandidát fyzikálních a matematických věd Gleb Kurskiev v tiskové zprávě Ruské vědecké nadace.
Čím lepší je zahřívání plazmy, tím účinnější je fúze, a to vyžaduje silné magnetické pole a elektrický proud protékající plazmou. Naopak, turbulence iontů plazmy narušuje účinné zahřívání: namísto užitečných kolizí jsou ionty vychýleny a opouštějí plazmu, což narušuje jeho tepelnou izolaci. Ve své práci vědci zhodnotili stupeň přenosu tepla ve sférickém tokamaku Globus-M.
Propagační video:
„Experimentálně ověřený model pro výpočet parametrů plazmového ohřevu nám umožní navrhnout kompaktní zdroj vysokoenergetických neutronů, které lze použít pro štěpení těžkých jader. Energie může být také získána v procesu. Náš výzkum výrazně urychlí vývoj a implementaci účinnějších jaderných systémů využívajících jak procesy jaderné syntézy, tak štěpení, “vysvětluje Gleb Kurskiyev.
Výzkum vědců doplňuje základní znalosti získané experimenty na podobných evropských a amerických instalacích. Vědci tvrdí, že kombinací výsledků experimentů bude v budoucnu možné navrhnout pokročilejší zařízení pro reakce jaderné fúze.