Mengklarifikasi mekanisme untuk menekan turbulensi melalui massa ion

Tanggapi Pernyataan "People Power" Amien Rais, Jokowi: Jangan Menekan dengan Menakut-nakuti (Juni 2019).

Anonim

Berusaha untuk lebih meningkatkan kinerja plasma, mulai 7 Maret 2017, percobaan plasma menggunakan ion deuterium, yang memiliki dua kali massa hidrogen, dimulai di Large Helical Device (LHD) di National Institute for Fusion Science (NIFS). Dalam banyak percobaan plasma yang dilakukan di negara-negara di seluruh dunia, penggunaan deuterium meningkatkan pengurungan panas dan partikel. Artinya, fenomena yang disebut "efek massa ion, " di mana kinerja plasma ditingkatkan, diamati. Namun, kami belum memahami mekanisme fisik rinci tentang bagaimana peningkatan massa ion terkait dengan peningkatan kinerja. Ini telah menjadi salah satu masalah terpenting yang belum terpecahkan dalam fisika plasma dan penelitian fusi sejak awal.

Dalam plasma yang terbatas di medan magnet ada berbagai jenis gelombang. Dalam kondisi tertentu, gelombang itu tumbuh seiring berjalannya waktu, dan apa yang disebut "ketidakstabilan" terjadi dan plasma menjadi bergolak. Menurut penelitian hingga saat ini, telah ditemukan terjadi struktur aliran unik yang disebut "aliran zonal" yang terbentuk secara spontan dalam plasma bergolak. Arus zonal mengambil struktur garis yang mengalir ke arah yang berlawanan satu sama lain, dan arus ini dikenal untuk melakukan peran penting dalam penekanan turbulensi. Namun demikian, masih banyak aspek yang tidak diklarifikasi terkait dengan kondisi dimana turbulensi dan aliran zonal terbentuk. Jika pengaruh yang dibawa oleh perbedaan dalam massa ion dapat diklarifikasi secara teoritis, kita dapat secara akurat memprediksi peningkatan kurungan yang diamati dalam percobaan. Dan karena kita dapat menghubungkan perbaikan kurungan untuk peningkatan lebih lanjut dari kinerja plasma, perkembangan baru dalam penelitian diantisipasi.

Kelompok penelitian Profesor Motoki Nakata, melalui penelitian kolaboratif dengan Profesor Tomohiko Watanabe dari Universitas Nagoya, melakukan simulasi turbulensi plasma lima dimensi menggunakan "Plasma Simulator" di NIFS dan superkomputer mutakhir "K" di RIKEN Advanced Institute for Computational Ilmu pengetahuan untuk menganalisis ketidakstabilan (mode elektron yang terperangkap) yang disebabkan oleh elektron yang bergerak maju mundur sepanjang garis medan magnet dan menganalisis secara detail turbulensi yang dihasilkan dari ketidakstabilan. Sebagai hasilnya, kami mengklarifikasi bahwa pengaruh massa ion muncul sangat dalam plasma dengan densitas tinggi dan bahwa mekanisme fisik terperinci di mana turbulensi ditekan melalui efek yang disebabkan oleh tabrakan elektron-ion. Lebih lanjut, kami menemukan bahwa fenomena tersebut ada di kedua heliks dan plasma tokamak. Dengan demikian, kami dapat mengklarifikasi "efek massa ion" yang diamati secara luas dan salah satu mekanisme penting untuk meningkatkan kinerja plasma.

Mekanisme terperinci yang menekan turbulensi dijelaskan di bawah ini. Turbulensi yang disebabkan karena ketidakstabilan elektron yang terperangkap melemahkan pengurungan panas dan partikel plasma. Tabrakan antara elektron yang terperangkap dan ion menekan ketidakstabilan (menekan pertumbuhan gelombang). Pada suhu tetap, tabrakan sering terjadi pada kepadatan plasma yang lebih tinggi. Di sini, dampak tabrakan dalam plasma deuterium luar biasa dibandingkan dengan hidrogen. Akibatnya, turbulensi dapat ditekan (Gambar 1). Selanjutnya, kami mengklarifikasi bahwa dalam kondisi di mana ketidakstabilan telah melemah, "aliran zonal" menjadi lebih kuat dan lebih menekan turbulensi dengan menggiling pusaran dan gelombang besar, dan akhirnya meningkatkan pengurungan panas dan partikel (Gambar 2).

Seperti telah diklarifikasi di atas, gambaran lengkap penindasan turbulensi dalam plasma dengan massa ion besar dapat diekspresikan secara skematis seperti pada Gambar 3. Hasil penelitian ini memberikan pengetahuan dasar mengenai klarifikasi lengkap dari "efek massa ion" yang merupakan masalah yang belum terpecahkan. selama bertahun-tahun dalam fisika plasma dan penelitian fusi. Lebih lanjut, hasilnya diantisipasi akan bermanfaat dalam meningkatkan plasma tidak hanya pada perangkat heliks seperti LHD, tetapi juga dalam tokamaks yang diwakili oleh International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), yang saat ini sedang dibangun.

menu
menu