Ученые разгадали тайну аномальной утечки тепла в термоядерном синтезе
Исследователи из Японского национального института термоядерного синтеза совершили ключевое открытие, наконец объяснив механизм катастрофических теплопотерь, которые десятилетиями мешали удержанию плазмы. Прорыв был сделан на крупнейшем в мире сверхпроводящем устройстве — Большом спиральном устройстве.
Главной проблемой термоядерного синтеза оставались колоссальные и необъяснимые теплопотери. Тепло из центра плазмы, разогретой до температур свыше 100 миллионов градусов, практически мгновенно рассеивалось к холодным краям реактора. Этот феномен вопиюще противоречил всем классическим физическим моделям, предсказывавшим медленную диффузию, и делал стабильное удержание энергии для синтеза крайне трудным.
Команде японских физиков удалось обнаружить виновника этих теплопотерь — особый, ранее не учитывавшийся тип турбулентности, действующий как «посредник». Они объясняют его работу спортивной аналогией. Ранее наука могла описать лишь «бегущую игру» — медленный и постепенный перенос тепла турбулентными вихрями. Новое исследование доказало, что в плазме существует и «пас». Специальная турбулентность за десять тысяч долей секунды создает прямую связь между удаленными зонами, моментально «перебрасывая» тепло из ядра к периферии, подобно точному дальнему пасу в американском футболе, минуя всю середину поля.
Чтобы поймать этот процесс, ученые использовали сверхкороткие импульсы нагрева и диагностику, фиксирующую изменения за микросекунды. Эксперименты показали четкую закономерность: чем короче и интенсивнее импульс, тем сильнее активируется эта турбулентность-посредник и тем быстрее происходит потеря тепла.
Это открытие коренным образом меняет подход к проблеме: от простого наблюдения за теплопотерями наука переходит к их контролю. Теперь, зная конкретный механизм, инженеры могут искать способы подавить эту турбулентность, заставив плазму вернуться к медленному режиму «бега» и радикально снизив теплопотери. Это критически важный шаг на пути к созданию работоспособного термоядерного реактора. Открытие также проливает свет на схожие процессы быстрого переноса энергии в океане и атмосфере.