Ruskí fyzici z Fyzikálno-technologického inštitútu A. F. Ioffeho v Petrohrade opísali iónové procesy prenosu tepla v guľovom tokamaku. Výsledky štúdie, ktorá vedcom približuje riešenie problému termonukleárnej fúzie, sú publikované v časopise Plasma Physics and Controlled Fusion.
Ak sa vedcom podarí realizovať myšlienku riadenej termonukleárnej fúzie, ľudstvo dostane takmer nevyčerpateľný zdroj energie. Fúzne elektrárne sa považujú za bezpečné a šetrné k životnému prostrediu: v porovnaní s jadrovými elektrárňami nemajú výbušné reakcie a na rozdiel od spaľovania uhľovodíkov neexistujú žiadne emisie oxidu uhličitého a oxidov dusíka, ktoré prispievajú ku globálnemu otepľovaniu a znečisťujú životné prostredie. Neutróny získané termonukleárnou fúziou môžu navyše zničiť rádioaktívny odpad v jadrových elektrárňach.
Experimenty s termonukleárnou fúziou sa uskutočňujú po celom svete v špeciálnych inštaláciách - tokamakoch, v ktorých sa zahrieva plyn svetelných prvkov - vodík, deutérium a trícium na teplotu 100 miliónov stupňov, čo umožňuje vytvoriť plazmu - plyn nabitých častíc: ióny a elektróny. Zahrievané plazmové ióny sa navzájom zrážajú rovnakým spôsobom, ako sa to deje vo vnútri Slnka. V tomto prípade sa tvoria jadrá hélia a uvoľňujú sa neutróny. Neutrónová energia, ktorá prevyšuje náklady na ohrev plazmy, sa môže použiť v priemysle a energetike.
Hlavnou úlohou fyzikov je naučiť sa, ako udržať plazmu vo vnútri termonukleárnych zariadení pomocou silného magnetického poľa po relatívne dlhú dobu. A na to musíte nielen vedieť, aké procesy prebiehajú v tejto plazme, ale tiež musíte mať ich matematický popis, aby ste ich mohli ovládať. Okrem toho sú vedomosti o iónových procesoch v plazme potrebné na navrhovanie veľkých zariadení, ako je medzinárodný experimentálny termonukleárny reaktor ITER.
Fyzikálno-technologický inštitút AF Ioffe má jedinečné experimentálne termonukleárne zariadenie - guľový tokamak Globus-M, určený na štúdium správania plazmy v laboratórnych podmienkach a nie v reaktorovom režime.
Zamestnanci ústavu skúmali a opisovali proces výmeny iónového tepla v plazme tokamaku Globus-M. Táto práca bola podporená grantom z prezidentského programu výskumných projektov Ruskej vedeckej nadácie (RSF).
„Potvrdili sme, že zvláštnosti fyzikálnych procesov v plazme sférického tokamaku Globus-M bránia výskytu ďalších tepelných strát cez iónový kanál v dôsledku turbulencie plazmy. To znamená, že inštalácia tohto typu je dobrým základom pre vytvorenie kompaktného zdroja termonukleárnych neutrónov, “uviedol vedúci výskumu, kandidát fyzikálnych a matematických vied Gleb Kurskiev, uviedol v tlačovej správe Ruskej vedeckej nadácie.
Čím lepšie je zahrievanie plazmy, tým účinnejšia je fúzia, čo si vyžaduje silné magnetické pole a elektrický prúd pretekajúci plazmou. Naopak, turbulencia plazmových iónov narúša účinné zahrievanie: namiesto užitočných zrážok sú ióny vychýlené a opúšťajú plazmu, čo narúša jeho tepelnú izoláciu. Vedci vo svojej práci zhodnotili stupeň prenosu tepla vo sférickom tokamaku Globus-M.
Propagačné video:
„Experimentom overený model na výpočet parametrov plazmového zahrievania nám umožní navrhnúť kompaktný zdroj vysokoenergetických neutrónov, ktoré sa dajú použiť na štiepenie ťažkých jadier. Pri tomto spôsobe sa môže získať aj energia. Náš výskum významne urýchli vývoj a implementáciu efektívnejších jadrových systémov využívajúcich procesy fúzie aj štiepenia, “vysvetľuje Gleb Kurskiyev.
Výskum vedcov dopĺňa základné poznatky získané z experimentov na podobných európskych a amerických zariadeniach. Vedci tvrdia, že kombináciou výsledkov experimentov bude v budúcnosti možné navrhnúť pokročilejšie zariadenie pre reakcie jadrovej fúzie.