Para lograr una planta de energía de fusión, es necesario confinar de manera estable un plasma de más de 100 millones de grados centígrados en un campo magnético y mantenerlo durante mucho tiempo. Un grupo de investigación dirigido por el Profesor Asistente Naoki Kenmochi, el Profesor Katsumi Ida y el Profesor Asociado Tokihiko Tokuzawa del Instituto Nacional de Ciencias de la Fusión (NIFS), Institutos Nacionales de Ciencias Naturales (NINS), Japón, utilizando instrumentos de medición desarrollados de forma independiente y con la cooperación del profesor Daniel J. den Hartog de la Universidad de Wisconsin, EE. UU., descubrió por primera vez que la turbulencia se mueve más rápido que el calor cuando el calor se escapa en plasmas en el dispositivo helicoidal grande (LHD). Una característica de esta turbulencia hace posible predecir cambios en la temperatura del plasma, y ​​se espera que la observación de la turbulencia conduzca al desarrollo de un método para el control en tiempo real de la temperatura del plasma en el futuro.

En plasma de alta temperatura confinado por el campo magnético, se genera "turbulencia", que es un flujo con vórtices de varios tamaños. Esta turbulencia hace que el plasma se altere y el calor del plasma confinado fluye hacia el exterior, lo que provoca una caída de la temperatura del plasma. Para resolver este problema, es necesario comprender las características del calor y la turbulencia en el plasma. Sin embargo, la turbulencia en los plasmas es tan compleja que aún no hemos logrado comprenderla por completo. En particular, no se comprende bien cómo se mueve la turbulencia generada en el plasma, porque requiere instrumentos que puedan medir la evolución temporal de la turbulencia diminuta con alta sensibilidad y resolución espaciotemporal extremadamente alta.

Se puede formar una "barrera" en el plasma, que actúa para bloquear el transporte de calor desde el centro hacia el exterior. La barrera crea un fuerte gradiente de presión en el plasma y genera turbulencia. El profesor asistente Kenmochi y su grupo de investigación han desarrollado un método para romper esta barrera al diseñar una estructura de campo magnético. Este método nos permite centrarnos en el calor y la turbulencia que fluyen vigorosamente cuando se rompen las barreras, y estudiar su relación en detalle. Luego, usando ondas electromagnéticas de varias longitudes de onda, medimos la temperatura cambiante y el flujo de calor de los electrones y la turbulencia fina de tamaño milimétrico con el nivel de precisión más alto del mundo. Anteriormente, se sabía que el calor y la turbulencia se movían casi simultáneamente a una velocidad de 5000 kilómetros por hora, aproximadamente la velocidad de un avión, pero este experimento condujo al primer descubrimiento del mundo de turbulencia moviéndose delante del calor a una velocidad de 40 000 kilómetros por hora. hora. La velocidad de esta turbulencia es cercana a la de un cohete.

El profesor asistente Naoki Kenmochi dice que "esta investigación ha mejorado drásticamente nuestra comprensión de la turbulencia en los plasmas de fusión. La nueva característica de la turbulencia, que se mueve mucho más rápido que el calor en un plasma, indica que podemos predecir los cambios de temperatura del plasma mediante la observación turbulencia predictiva. En el futuro, en base a esto, esperamos desarrollar métodos para controlar las temperaturas del plasma en tiempo real".

La investigación fue publicada en Scientific Reports . + Explora más

La primera prueba experimental de la propagación de la turbulencia de plasma