Предоставлено: Сеульский национальный университет.

Ядерный синтез привлек внимание в эпоху углеродной нейтральности, потому что он не производит выбросов углерода или радиоактивных отходов.

Токамак, устройство ядерного синтеза в форме тора, нуждается в электрическом токе в плазме, чтобы создать магнитное поле вокруг тора для удержания термоядерной плазмы. Плазменный ток обычно генерируется электромагнитной индукцией .

Однако для стационарного термоядерного реактора минимизация индуктивного тока необходима для увеличения продолжительности работы токамака. Для стационарных режимов работы было разработано несколько неиндуктивных схем возбуждения тока, включая радиочастотные волны и нейтральные лучи. Однако коммерческие реакторы требуют минимального использования этих внешних источников, чтобы максимизировать усиление термоядерного синтеза, Q или отношение мощности термоядерного синтеза к внешней мощности. Помимо этих внешних приводов тока, был теоретически предсказан и экспериментально продемонстрирован самогенерируемый ток, так называемый бутстрепный ток.

Исследовательская группа под руководством профессора Йонг-Су На с факультета ядерной инженерии Сеульского национального университета и доктора Джэмина Сео из Принстонского университета обнаружила, что в токамаке может существовать другой тип самогенерируемого тока, который еще не объяснен по нынешним теориям. Они обнаружили это в экспериментах на токамаке KSTAR в сотрудничестве с Корейским институтом термоядерной энергии, Принстонской лабораторией физики плазмы и General Atomics. Их исследование опубликовано в Nature Communications.

Предоставлено: Сеульский национальный университет.

При проведении эксперимента по турбулентности плазмы случайно было обнаружено, что возник неопознанный плазменный поток, который не мог быть объяснен существующими теориями и моделированием. Анализ показал, что он составляет значительную часть (до 30%) всего тока плазмы и возникает при относительно низкой турбулентности.

Открытие нового плазменного тока, генерируемого самой собой без магнитной индукции, открывает возможность того, что плазма удерживает себя и продолжает реакцию синтеза в длинноимпульсных операциях термоядерного реактора.

Новый источник тока в этом эксперименте наблюдался только при впрыске топлива в плазму, и точная причина до сих пор неизвестна, поэтому планируются последующие исследования.

Предоставлено: Сеульский национальный университет.

Профессор Йонг-Су На, соавтор и соавтор исследования, сказал: «Этот результат был получен из незнакомого эксперимента в той мере, в какой предложение эксперимента не было выбрано в KSTAR. Если бы мы попытались взглянуть с обычной точки зрения, мы бы не нашли этого. Мы смогли открыть для себя новые вещи, подходя с открытой точки зрения, а не ограничиваясь тем, что мы хотели увидеть или получить».

Другой соавтор, доктор Сео Джэмин, сказал: «Большая наука, такая как исследования ядерного синтеза, посвящена маленьким шагам, которые кладут яблоко на плечи гигантов. Я надеюсь, что будущие ученые, которые смогут двигаться вперед вместе будут заинтересованы и поддержат исследования в области ядерного синтеза».

Ожидается, что после того, как физический механизм будет найден, это новое открытие внесет значительный вклад в длительную непрерывную работу ИТЭР и коммерческих реакторов, которые изучают существующие способы привода, не зависящие от индукционного тока.