Bij de opwekking van fusie-energie is het essentieel dat de hoogenergetische deeltjes die door een fusiereactie in heet plasma worden gegenereerd, deze verhitten om verdere fusiereacties in stand te houden. De sleutel tot deze zelfverhitting van het plasma is of het kan worden verwarmd door golven die worden gecreëerd door de hoogenergetische deeltjes.

Een onderzoeksgroep onder leiding van professor Katsumi Ida, assistent-hoogleraren Tatsuya Kobayashi en Mikiro Yoshinuma van het National Institute for Fusion Science en professor Yuto Kato van Tohoku University, heeft de tijdvariatie van het plasmasnelheidsprofiel in het Large Helical Device (LHD) gemeten op het National Institute for Fusion Science en ontdekte dat elektromagnetische golven geproduceerd door hoogenergetische deeltjes warmte transporteren door een proces dat Landau-demping wordt genoemd. Dit is de eerste waarneming in de wereld van dit proces. Een paper met een samenvatting van de resultaten van dit onderzoek is gepubliceerd in Communications Physics op 28 september.

Tot nu toe was er geen methode om het plasmaverwarmingsproces dat wordt veroorzaakt door elektromagnetische golven die in het plasma worden gegenereerd direct te meten, dus het is niet bekend of dit proces daadwerkelijk bestaat. Om het vast te leggen, hebben professor Katsumi Ida en zijn onderzoeksgroep gewerkt aan de ontwikkeling van een nieuw meetsysteem.

Om het verhittingsproces direct te kunnen meten, is het nodig om het tijdsverloop van de snelheidsverdeling te bepalen, die aangeeft welke snelheidsdeeltjes aanwezig zijn en in welke verhouding. Daartoe injecteerden ze hogesnelheidsatomen in het plasma en gebruikten ze een methode om de snelheidsverdeling van plasmadeeltjes met hoge snelheid te meten uit de golflengteverdeling van het licht dat door het plasma wordt uitgezonden (high-speed ladingsuitwisselingsspectroscopie). Professor Ida en zijn collega's gingen de uitdaging aan van ultrasnelle meting, die als moeilijk werd beschouwd, en slaagden erin de tijdsvariatie van de snelheidsverdeling van plasmadeeltjes te meten met een ultrahoge snelheid van 10 kHz (10.000 keer per seconde).

In de LHD worden experimenten uitgevoerd om de zelfverhitting van plasma te onderzoeken, met behulp van een hogesnelheidsdeeltjesbundel, die hoogenergetische deeltjes van kernfusiereacties simuleert. In dit experiment om zelfverhitting te simuleren, werd een nieuw ontwikkeld meetsysteem gebruikt om de tijdsvariatie van de snelheidsverdeling van plasmadeeltjes in detail te meten. Als gevolg hiervan werd voor het eerst ter wereld ontdekt dat het plasma wordt verwarmd door de vertraging van de hogesnelheidsdeeltjesbundel en de vervorming van het snelheidsprofiel van de plasmadeeltjes veroorzaakt door de opwekking van elektromagnetische golven binnenin. het plasma.

De reden voor deze vervorming van het snelheidsprofiel bleek te zijn dat de energie van de hogesnelheidsdeeltjesbundel werd overgebracht naar de elektromagnetische golf via een proces dat Landau-demping wordt genoemd, en de energie van de elektromagnetische golf werd overgebracht naar de plasmadeeltjes. Met andere woorden, ze zagen dat de elektromagnetische golven de energie van de hogesnelheidsdeeltjesbundel naar het plasma droegen en het verwarmden.

Professor Ida zei:"Voor zelfverhitting van plasma bij het opwekken van fusie-energie is het niet voldoende dat hoogenergetische deeltjes botsen met plasmadeeltjes en ze verwarmen, dus verwarming door andere processen is ook nodig. Dit resultaat, dat aantoont dat elektromagnetische golven die in het plasma worden gegenereerd, kunnen het verwarmen, leveren belangrijke kennis voor fusieonderzoek. Bovendien zal het bijdragen aan de studie van de magnetosfeer van de aarde, waar deeltjesversnelling plaatsvindt door een soortgelijk proces, en toekomstig interdisciplinair onderzoek bevorderen." + Verder verkennen

Simulaties demonstreren ionenverwarming door plasmaoscillaties voor fusie-energie