Получено первое экспериментальное доказательство распространения плазменной турбулентности

Сегодня по всему миру проводят исследования ограничения магнитного поля высокотемпературной плазмы для получения термоядерной энергии. В высокотемпературной плазме содержится температурный градиент. Когда он становится крутым, образуется турбулентность. Так как турбулентность смешивает высокотемпературные регионы с низкотемпературными, температура ядра не может быть эффективно повышена.

Таким образом, генерирование и подавление турбулентности исследуют на экспериментальных устройствах с магнетически ограниченной плазмой (токамаки и винтовые устройства). Было сложно разобраться, где и как в плазме распространяется турбулентность. Исследователи предсказывали, что она распространяется в другие регионы. Этот феномен так и назвали — «распространение турбулентности», — но его не удавалось наблюдать экспериментально.

Исследовательская группа, в которую вошли профессор Кацуми Ид и профессор Тацуя Кобаяши из Национального института естественных наук (NINS) при Национальном институте термоядерной науки (NIFS), а также сотрудники из США, изучила распространение турбулентности в токамаке General Atomics Doublet III-D в Соединенных Штатах. Был применен так называемый метод тепловой импульсной модуляции в системе Large Helical Device (LHD), находящейся в NIFS, для измерения турбулентности в особом регионе, который называют «магнитным островом», где она теоретически не может быть сгенерирована из-за отсутствия температурного градиента.

(Верхняя часть рисунка) Идея до эксперимента: чтобы подавить турбулентность в высокотемпературной области плазмы было предположено, что турбулентность должна быть подавлена на широкой области. (Нижняя часть рисунка) Новая идея: считается, что необходимо подавить распространение турбулентности / Dr. Katsumi Ida

В итоге ученые обнаружили, что турбулентность существует в магнитном острове и она распространяется быстрее по направлению к его центру, называемому точкой «О», чем к модулированному изменению температуры. Таким образом, исследователи впервые наблюдали распространение турбулентности.

Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters. В будущем ученые продолжат работать над улучшением высокоэффективной плазмы путем дополнительного изучения подавления турбулентности.