Russische Physiker vom A. F. Ioffe Physicotechnical Institute in St. Petersburg beschrieben ionische Prozesse der Wärmeübertragung in einem kugelförmigen Tokamak. Die Ergebnisse der Studie, die Wissenschaftler der Lösung des Problems der thermonuklearen Fusion einen Schritt näher bringt, werden in der Zeitschrift Plasma Physics and Controlled Fusion veröffentlicht.
Wenn es Wissenschaftlern gelingt, die Idee einer kontrollierten Kernfusion zu verwirklichen, wird die Menschheit eine nahezu unerschöpfliche Energiequelle erhalten. Fusionskraftwerke gelten als sicher und umweltfreundlich: Im Vergleich zu Kernkraftwerken reagieren sie nicht explosionsartig und im Gegensatz zur Verbrennung von Kohlenwasserstoffen entstehen keine Kohlendioxid- und Stickoxidemissionen, die zur globalen Erwärmung beitragen und die Umwelt verschmutzen. Darüber hinaus können Neutronen aus der Kernfusion radioaktive Abfälle in Kernkraftwerken zerstören.
Experimente zur thermonuklearen Fusion werden weltweit in speziellen Anlagen durchgeführt - Tokamaks, in denen ein Gas aus leichten Elementen - Wasserstoff, Deuterium und Tritium - auf eine Temperatur von 100 Millionen Grad erhitzt wird, wodurch Plasma gebildet werden kann - ein Gas aus geladenen Teilchen: Ionen und Elektronen. Die erhitzten Plasmaionen kollidieren auf die gleiche Weise miteinander wie im Inneren der Sonne. In diesem Fall werden Heliumkerne gebildet und Neutronen freigesetzt, und die Neutronenenergie, die die Kosten für die Erwärmung des Plasmas übersteigt, kann in der Industrie und in der Energietechnik verwendet werden.
Die Hauptaufgabe der Physiker besteht darin, zu lernen, wie man Plasma in thermonuklearen Anlagen mit einem starken Magnetfeld relativ lange hält. Und dafür müssen Sie nicht nur wissen, welche Prozesse in diesem Plasma ablaufen, sondern auch ihre mathematische Beschreibung haben, um sie steuern zu können. Darüber hinaus sind Kenntnisse über ionische Prozesse im Plasma für den Entwurf großer Anlagen wie des internationalen experimentellen Kernkernreaktors ITER erforderlich.
Das AF Ioffe Physicotechnical Institute verfügt über eine einzigartige experimentelle thermonukleare Anlage - den kugelförmigen Globus-M-Tokamak, mit dem das Verhalten von Plasma unter Laborbedingungen und nicht im Reaktormodus untersucht werden soll.
Die Mitarbeiter des Instituts untersuchten und beschrieben den Prozess des ionischen Wärmeaustauschs im Plasma des Globus-M-Tokamak. Diese Arbeit wurde durch ein Stipendium des Präsidialprogramms für Forschungsprojekte der Russischen Wissenschaftsstiftung (RSF) unterstützt.
„Wir haben bestätigt, dass die Besonderheiten der physikalischen Prozesse im Plasma des kugelförmigen Globus-M-Tokamaks das Auftreten zusätzlicher Wärmeverluste durch den Ionenkanal aufgrund von Plasmaturbulenzen verhindern. Dies bedeutet, dass eine Installation dieser Art eine gute Grundlage für die Schaffung einer kompakten Quelle für thermonukleare Neutronen darstellt “, zitierte der Forschungsleiter, Kandidat für physikalische und mathematische Wissenschaften, Gleb Kurskiev, in der Pressemitteilung der Russian Science Foundation.
Je besser die Erwärmung des Plasmas ist, desto effizienter ist die Fusion, und dies erfordert ein starkes Magnetfeld und einen elektrischen Strom, der durch das Plasma fließt. Im Gegenteil, die Turbulenzen von Plasmaionen beeinträchtigen die effiziente Erwärmung: Anstelle nützlicher Kollisionen werden Ionen abgelenkt und verlassen das Plasma, wodurch die Wärmeisolierung verletzt wird. In ihrer Arbeit haben Wissenschaftler den Grad der Wärmeübertragung im kugelförmigen Globus-M-Tokamak untersucht.
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„Mit dem experimentell erprobten Modell zur Berechnung der Parameter der Plasmaerwärmung können wir eine kompakte Quelle für energiereiche Neutronen entwickeln, die zur Spaltung schwerer Kerne verwendet werden kann. Dabei kann auch Energie gewonnen werden. Unsere Forschung wird die Entwicklung und Implementierung effizienterer Kernsysteme sowohl unter Verwendung von Fusions- als auch von Spaltprozessen erheblich beschleunigen “, erklärt Gleb Kurskiyev.
Die Forschung der Wissenschaftler ergänzt das grundlegende Wissen aus Experimenten mit ähnlichen europäischen und amerikanischen Installationen. Durch die Kombination der Ergebnisse von Experimenten wird es in Zukunft möglich sein, ein fortschrittlicheres Gerät für Kernfusionsreaktionen zu entwickeln, sagen Wissenschaftler.
