Вращательные температуры молекул водорода, десорбированных с поверхности, обращенной к плазме, измерялись в трех разных токамаках; оценены также повышения температуры за счет столкновительно-радиационных процессов в плазме.
Предоставлено: KyotoU Global Comms/Тайити Шикама.

Людям, возможно, никогда не удастся приручить солнце, но водородная плазма, составляющая большую часть недр Солнца, может быть заключена в магнитном поле в рамках производства термоядерной энергии: с одной оговоркой.

Чрезвычайно высокая температура плазмы, обычно достигающая 100 миллионов градусов по Цельсию, заключенная в токамаках — термоядерных реакторах в форме пончика — вызывает повреждение защитных стенок этих мегаустройств. Исследователи вводят водород и инертные газы возле стенки устройства для охлаждения плазмы за счет излучения и рекомбинации, что является обратным явлением ионизации. Снижение тепловой нагрузки имеет решающее значение для продления срока службы будущего термоядерного устройства.

Понимание и предсказание процесса колебательной и вращательной температуры молекул водорода вблизи стенок могло бы усилить рекомбинацию, но эффективные стратегии оставались неуловимыми.

Международная группа исследователей во главе с Киотским университетом недавно нашла способ объяснить вращательные температуры, измеренные в трех различных экспериментальных термоядерных устройствах в Японии и США. Их модель оценивает поверхностные взаимодействия и электрон-протонные столкновения молекул водорода.

В журнале Nuclear Fusion опубликована статья «Спектроскопическое измерение увеличения температуры вращения молекулярного водорода с температурой поверхности, обращенной к плазме, и из-за радиационно-столкновительных процессов в токамаках » .

«В нашей модели мы нацелились на оценку вращательных температур на низких энергетических уровнях, что позволило нам объяснить измерения нескольких экспериментальных устройств», — объясняет автор-корреспондент Нао Йонеда из Высшей инженерной школы Киото.

Включив прогнозирование и контроль температуры вращения вблизи поверхности стенки, команда смогла рассеять поток тепла плазмы и оптимизировать условия работы устройств.

«Нам все еще нужно понять механизмы вращательно-колебательного возбуждения водорода, — говорит Йонеда, — но мы были рады, что универсальность нашей модели также позволила нам воспроизвести измеренные вращательные температуры, о которых сообщается в литературе».