Klodders kunnen grote schade aanrichten in het plasma dat nodig is voor fusiereacties. Deze belachtige turbulentie zwelt op aan de rand van fusieplasma's en voert warmte af van de rand, het beperken van de efficiëntie van fusiereacties in donutvormige fusiefaciliteiten die "tokamaks" worden genoemd. Onderzoekers van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) hebben nu een verrassende correlatie ontdekt van de klodders met fluctuaties van het magnetische veld dat de plasma-aandrijvende fusiereacties in de kern van het apparaat beperkt.

Nieuw aspect van begrip

Nader onderzoek naar deze correlatie en de rol ervan in het warmteverlies van magnetische fusiereactoren zal helpen om op aarde de fusie-energie te produceren die de zon en de sterren aandrijft. "Deze resultaten voegen een nieuw aspect toe aan ons begrip van het warmteverlies van de plasmarand in een tokamak, " zei natuurkundige Stewart Zweben, hoofdauteur van een artikel in Physics of Plasmas dat redacteuren hebben geselecteerd als een uitgelicht artikel. "Dit werk draagt ​​ook bij aan ons begrip van de fysica van blobs, die kunnen helpen om de prestaties van tokamak-fusiereactoren te voorspellen."

Fusiereacties combineren lichte elementen in de vorm van plasma - het hete, geladen toestand van materie bestaande uit vrije elektronen en atoomkernen die 99 procent van het zichtbare universum uitmaken - om enorme hoeveelheden energie te produceren. Wetenschappers proberen kernfusie op aarde te creëren en te beheersen als een bron van veilige, schoon en vrijwel onbeperkt vermogen om elektriciteit op te wekken.

PPPL-onderzoekers ontdekten vorig jaar de verrassende link bij het opnieuw analyseren van experimenten die in 2010 zijn gedaan op PPPL's ​​National Spherical Torus Experiment (NSTX) - de voorloper van de huidige National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U). De blobs en fluctuaties in het magnetische veld, genaamd "magnetohydrodynamische (MHD)" activiteit, ontwikkelen zich in alle tokamaks en worden traditioneel gezien als onafhankelijk van elkaar.

Verrassing aanwijzing

De eerste aanwijzing voor de correlatie was de opvallende regelmaat van het traject van grote klodders, die met ongeveer de snelheid van een geweerkogel reizen, in experimenten geanalyseerd in 2015 en 2016. Dergelijke klodders bewegen normaal gesproken willekeurig in wat de "afschraaplaag" wordt genoemd aan de rand van tokamak-plasma, maar in sommige gevallen vlogen alle grote klodders met bijna dezelfde hoek en snelheid. Bovendien, de tijd tussen het verschijnen van elke grote klodder aan de rand van het plasma was bijna altijd hetzelfde, vrijwel samenvallend met de frequentie van dominante MHD-activiteit in de plasmarand.

Onderzoekers volgden vervolgens de diagnostische signalen van de blobs en de MHD-activiteit in relatie tot elkaar om te meten wat de 'kruiscorrelatiecoëfficiënt' wordt genoemd, " die ze gebruikten om een ​​reeks NSTX-experimenten van 2010 te evalueren. Ongeveer 10 procent van die experimenten bleek een significante correlatie tussen de twee variabelen te vertonen.

De wetenschappers analyseerden vervolgens verschillende mogelijke oorzaken van de correlatie, maar kon geen enkele overtuigende verklaring vinden. Om dit fenomeen te begrijpen en te beheersen, Zweben zei, verdere data-analyse en modellering zal moeten worden gedaan - misschien door lezers van de Fysica van plasma's papier.