Fusie is misschien wel de toekomst van schone energie. Op dezelfde manier waarop de zon reacties tussen lichtelementen afdwingt, zoals waterstof, om zware elementen en warmte-energie te produceren, kernfusie op aarde kan elektriciteit opwekken door gebruik te maken van de kracht van elementaire reacties. Het probleem is het beheersen van de uniformiteit van de waterstofisotoopdichtheidsverhouding in het fusieplasma - de soep van elementen die zullen samensmelten en energie produceren.

Een onderzoeksteam in Japan heeft een belangrijk begrip van dit proces bereikt dat de toekomstige ontwikkeling en het gebruik van fusieplasma kan helpen.

Ze publiceerden hun resultaten op 14 januari in Fysieke beoordelingsbrieven .

De onderzoekers richtten zich op een verhouding van waterstofisotopen, of gewichtsafhankelijke versies van waterstof, in plasma geproduceerd in het Large Helical Device (LHD) van het National Institute for Fusion Science (NIFS). Het plasma bestond uit waterstof en deuterium, die twee keer zoveel weegt als waterstof. Door te begrijpen hoe dit plasma zich vermengt, kunnen de onderzoekers beginnen te voorspellen hoe toekomstig plasma bestaande uit deuterium en tritium, die drie keer zoveel weegt als waterstof, kan gedragen.

"In de kern van fusieplasma, het is zeer wenselijk om een ​​gelijkmatige verdeling tussen deuterium en tritium te hebben, omdat dit het hoogste fusievermogen geeft, " zei papier auteur Katsumi Ida, een professor bij zowel het National Institute for Fusion Science als de Graduate University for Advanced Studies. "Echter, we kunnen alleen de isotopenverhouding aan de rand van het plasma regelen, niet in de kern. We wilden onderzoeken of de isotopenverhouding overal in het mengsel uniform is. Als dat niet zo is, kunnen we het uniform maken?"

Ida en zijn team ontdekten dat de uniformiteit wordt bepaald door hoe de isotopen bewegen. Een turbulente toestand genoemd, isotopen beïnvloed door turbulentie van de ionentemperatuurgradiënt (ITG) waren veel uniformer dan isotopen die turbulentie met ingesloten elektronenmodus (TEM) ondergingen.

"De ITG-dominante toestand is veel gunstiger in fusieplasma, Ida zei. "We zagen de vorming van een niet-mengend profiel en de overgang naar een uniforme isotooptoestand in het plasma, geassocieerd met de toename van turbulentie die zich voortplant langs de ionentemperatuurgradiënt."

ITG-turbulentie omvat een temperatuurgradiënt die is afgestemd op de magnetische velden die het fusieplasma begrenzen. De isotopen bewegen meer als ze aan de hetere kant zijn, waardoor de isotopen meer gelijkmatig mengen. Volgens Ida, dit begrip zou onderzoekers kunnen helpen de plasma-uniformiteit te beheersen en de kracht van fusieplasma-isotoopmengsels te vergroten.

De onderzoekers zijn van plan om uniformiteit in andere ionen te bestuderen, inclusief in helium - een element dat wordt geproduceerd door de fusiereactie tussen deuterium en tritium.