Om tot een fusiecentrale te komen, is het noodzakelijk om een ​​plasma van meer dan 100 miljoen graden Celsius stabiel in een magnetisch veld op te sluiten en gedurende lange tijd in stand te houden. Een onderzoeksgroep onder leiding van assistent-professor Naoki Kenmochi, professor Katsumi Ida en universitair hoofddocent Tokihiko Tokuzawa van het National Institute for Fusion Science (NIFS), National Institutes of Natural Sciences (NINS), Japan, met behulp van meetinstrumenten die onafhankelijk en in samenwerking zijn ontwikkeld van professor Daniel J. den Hartog van de Universiteit van Wisconsin, VS, ontdekte voor het eerst dat turbulentie sneller beweegt dan warmte wanneer warmte ontsnapt in plasma's in het Large Helical Device (LHD). Een kenmerk van deze turbulentie maakt het mogelijk om veranderingen in plasmatemperatuur te voorspellen en de verwachting is dat observatie van turbulentie in de toekomst zal leiden tot de ontwikkeling van een methode voor real-time controle van de plasmatemperatuur.

In plasma op hoge temperatuur dat wordt ingesloten door het magnetische veld, wordt "turbulentie", een stroom met vortexen van verschillende groottes, gegenereerd. Deze turbulentie zorgt ervoor dat het plasma wordt verstoord, en de warmte van het opgesloten plasma stroomt naar buiten, wat resulteert in een daling van de plasmatemperatuur. Om dit probleem op te lossen, is het noodzakelijk om de kenmerken van warmte en turbulentie in plasma te begrijpen. De turbulentie in plasma's is echter zo complex dat we er nog geen volledig begrip van hebben. Met name hoe de gegenereerde turbulentie in het plasma beweegt, is niet goed begrepen, omdat er instrumenten voor nodig zijn die de tijdsevolutie van minuutturbulentie kunnen meten met een hoge gevoeligheid en een extreem hoge ruimtelijke-temporele resolutie.

Er kan zich een "barrière" vormen in het plasma, die het transport van warmte van het centrum naar buiten blokkeert. De barrière maakt een sterke drukgradiënt in het plasma en genereert turbulentie. Universitair docent Kenmochi en zijn onderzoeksgroep hebben een methode ontwikkeld om deze barrière te doorbreken door een magnetische veldstructuur te bedenken. Deze methode stelt ons in staat om ons te concentreren op de hitte en turbulentie die krachtig stromen als de barrières doorbreken, en om hun relatie in detail te bestuderen. Vervolgens hebben we met behulp van elektromagnetische golven van verschillende golflengten de veranderende temperatuur en warmtestroom van elektronen en millimetergrote fijne turbulentie gemeten met 's werelds hoogste niveau van nauwkeurigheid. Eerder was bekend dat warmte en turbulentie bijna gelijktijdig voortbewogen met een snelheid van 5.000 kilometer per uur, ongeveer de snelheid van een vliegtuig, maar dit experiment leidde tot de eerste ontdekking ter wereld van turbulentie die voor de warmte uit beweegt met een snelheid van 40.000 kilometer per uur. uur. De snelheid van deze turbulentie ligt dicht bij die van een raket.

Universitair docent Naoki Kenmochi zegt dat "dit onderzoek ons ​​begrip van turbulentie in fusieplasma's drastisch heeft verbeterd. Het nieuwe kenmerk van turbulentie, dat het veel sneller beweegt dan warmte in een plasma, geeft aan dat we plasmatemperatuurveranderingen kunnen voorspellen door te observeren voorspellende turbulentie. Op basis hiervan verwachten we in de toekomst methoden te ontwikkelen om plasmatemperaturen in realtime te regelen."

Het onderzoek is gepubliceerd in Scientific Reports . + Verder verkennen

Het eerste experimentele bewijs van de voortplanting van plasmaturbulentie