Scienty

Фото: img.freepik.com

Ученые из Японского национального института термоядерного синтеза сделали важное открытие, которое позволяет объяснить причину значительных теплопотерь, препятствовавших удержанию плазмы на протяжении многих лет. Это достижение было совершено с использованием Большого спирального устройства, самого крупного в мире сверхпроводящего комплекса.

Основной сложностью в области термоядерного синтеза являлись значительные и не поддающиеся объяснению потери тепла. Тепло, генерируемое в центре плазмы, нагретой до температур, превышающих 100 миллионов градусов, стремительно распространялось к более холодным участкам реактора. Данный эффект противоречил всем существующим физическим моделям, которые прогнозировали более медленное распространение, и затруднял стабильное удержание энергии, необходимое для осуществления синтеза.

Японские физики выявили причину теплопотерь – ранее не идентифицированный тип турбулентности, выполняющий роль «посредника». Для объяснения его функционирования ученые используют спортивную метафору. До этого момента науке было известно лишь о «бегущей игре» – медленном и постепенном переносе тепла посредством турбулентных вихрей. Новое исследование показало, что в плазме существует и «пас». Особая турбулентность за десять тысяч долей секунды формирует прямую связь между удаленными областями, мгновенно «передавая» тепло из центра к границе, подобно точному дальнему пасу в американском футболе, обходя всю середину поля.

Для изучения этого явления исследователи применили ультракороткие импульсы нагрева и методику диагностики, позволяющую регистрировать изменения в течение микросекунд. Полученные результаты продемонстрировали явную зависимость: с уменьшением длительности и увеличением интенсивности импульса возрастает выраженность этой промежуточной турбулентности и ускоряется теплоотдача.

Это открытие принципиально изменяет стратегию решения задачи: вместо простого отслеживания теплопотерь, научный мир переходит к их регулированию. Теперь, когда известен конкретный механизм, специалисты смогут разрабатывать методы для подавления турбулентности, возвращая плазму к более спокойному состоянию и значительно уменьшая теплопотери. Это важнейший этап в создании функционирующего термоядерного реактора. Кроме того, открытие помогает лучше понять аналогичные процессы быстрого переноса энергии в океане и атмосфере.