دانشمندان پلاسمای توکاماکی تولید کردند که در 10 برابر حد گرینوالد پایدار است.
فیزیکدانان دانشگاه ویسکانسین-مدیسون موفق به تولید پلاسمای توکاماکی شدند که در ۱۰ برابر حد گرینوالد پایدار است. انتظار می‌رود این دستاورد تأثیراتی برای رآکتورهای همجوشی توکاماک داشته باشد. با این حال، دانشمندان هشدار داده‌اند که پلاسمای آنها به طور مستقیم با پلاسمای موجود در یک رآکتور همجوشی قابل مقایسه نیست.
اعتقاد بر این است که اگر انرژی همجوشی خالص مثبت قرار است به دست آید، تراکم کلیدی است: هرچه هسته‌های اتمی بیشتری به هم برخورد کنند، واکنش کارآمدتر خواهد بود.
حدود ۴۰ سال پیش، مارتین گرینوالد یک حد تراکم را شناسایی کرد که بالاتر از آن پلاسماهای توکاماک ناپایدار می‌شوند و حد گرینوالد در طی دهه‌های بعد در بهترین حالت دو برابر شده است.
ابزارهای توکاماک در خط رقابت برای رآکتور همجوشی
«ابزارهای توکاماک به عنوان یکی از مدعیان اصلی در مسابقه برای ساخت یک رآکتور همجوشی که به همان روش خورشید انرژی تولید می‌کند، محسوب می‌شوند»، می‌گوید نوح هورست، یک دانشمند در آزمایشگاه فیزیک پلاسما ویسکانسین (WiPPL) و نویسنده ارشد این مطالعه.
مطالعه جدید منتشر شده در Physical Review Letters بخشی از آزمایشات توکاماکی در توروس متقارن مدیسون با تراکمی تا سطح بی‌سابقه‌ای حدود ۱۰ برابر این حد است. این احتمالاً به واسطه یک دیوار ضخیم، پایدارکننده و رسانای الکتریکی و یک منبع تغذیه با ولتاژ بالا و کنترل فیدبکی که جریان پلاسما را تحریک می‌کند، ممکن شده است.
پروفایل شعاعی جریان تورودال در حدود دو برابر حد تخت می‌شود بدون افت ناگهانی لبه‌ای که در آزمایشات دیگر به طور معمول مشاهده می‌شود.
MST برای سال‌ها به عنوان یکی از برنامه‌های برتر در حال مطالعه پینچ معکوس میدانی، یک پیکربندی تورودال که با توکاماک نزدیک است، عمل کرده است.
«کار من این بود که سعی کنم راه‌هایی پیدا کنم تا پلاسما را ناپایدار کنم»، گفت هورست. «سعی کردم و متوجه شدم که، خوب، در بسیاری از موارد، این اتفاق نمی‌افتد. این حیرت‌انگیز بود.»
محققان به بررسی تراکم پلاسما پرداختند
محققان دانشگاه ویسکانسین به بررسی تراکم پلاسما پرداختند و سعی کردند پلاسما را با افزایش گاز ناپایدار کنند.
آنها منبع تغذیه را تنظیم کردند تا هر ولتاژی را که لازم بود برای حفظ جریان ثابت ۵۰۰۰۰ آمپر در هر پلاسما فراهم کند (به عنوان تراکم پلاسما افزایش می‌یابد، مقاومت بیشتری پیدا می‌کند و ولتاژ بیشتری برای حفظ جریان ثابت نیاز است). آنها با استفاده از انترفرومترها که پلاسما را در یازده خط دید مختلف مشاهده می‌کنند، تراکم پلاسمای به دست آمده را اندازه‌گیری کردند.
به گفته دانشگاه ویسکانسین، حد گرینوالد فقط نسبت تراکم پلاسما به حاصل ضرب جریان پلاسما و اندازه پلاسما است، یک معیار ساده که امکان مقایسه دستگاه‌ها و شرایط عملیاتی مختلف را فراهم می‌کند. از زمانی که حد تعریف شده است، تنها تعداد انگشت‌شماری از دستگاه‌ها بالاتر از آن عمل کرده‌اند، و آن هم در بیشتر موارد دو برابر.
توکاماک‌های آینده احتمالاً باید در نزدیکی یا بالاتر از حد گرینوالد کار کنند
«اینجا، ما در حد ده برابر بودیم»، گفت هورست. «توکاماک‌های در مقیاس رآکتورهای آینده احتمالاً باید در نزدیکی یا بالاتر از حد گرینوالد کار کنند، بنابراین اگر بتوانیم بهتر بفهمیم چه چیزی باعث حد تراکم می‌شود و فیزیک نحوه رسیدن به ده برابر این حد را درک کنیم، سپس شاید شانس داشته باشیم که کاری درباره آن انجام دهیم.»
محقق همچنین تأکید کرد که این نتایج به احتمال زیاد به‌طور مستقیم قابل کاربرد در رآکتورهای همجوشی مانند ITER و دیگران نیستند که امید دارند اولین توکاماک‌های با تولید انرژی خالص مثبت باشند. اما او و تیم با احتیاط خوشبین هستند.
«نتایج ما در یک پلاسمای با میدان مغناطیسی پایین و دمای پایین به دست آمده است که قادر به تولید انرژی همجوشی نیست. با این حال، ما اولین کسانی بودیم که توانستیم این کار را انجام دهیم، و باید از جایی شروع کرد»، افزود هورست. «ما قصد داریم به مطالعه این پلاسماها ادامه دهیم، و فکر می‌کنیم آنچه یاد می‌گیریم می‌تواند به دستگاه‌های همجوشی با عملکرد بالاتر کمک کند تا در تراکم‌های بالاتری که برای موفقیت نیاز دارند کار کنند.»
