U japanskoj umetnosti Kintsugi, umetnik uzima slomljene krhotine posude i spaja ih sa zlatom da bi konačni proizvod bio lepši od originala.
Ta ideja inspiriše novi pristup upravljanju plazmom, super-vrućim stanjem materije, za upotrebu kao izvor energije. Naučnici koriste nesavršenosti u magnetnim poljima koja ograničavaju reakciju da poboljšaju i poboljšaju plazmu u pristupu opisanom u radu u časopisu Nature Communications.
„Ovaj pristup vam omogućava da održite plazmu visokih performansi, istovremeno kontrolišući nestabilnosti u jezgru i na ivici plazme. Ta istovremena kontrola je posebno važna i teško izvodljiva. To je ono što ovaj rad čini posebnim“, rekao je Džozef Snajps iz Laboratorija za fiziku plazme u Prinstonu (PPPL) Ministarstva energetike SAD (DOE). On je zamenik šefa Odeljenja za eksperimentalne nauke PPPL-a i bio je koautor rada.
PPPL fizičar Seong-Moo Jang predvodio je istraživački tim, koji obuhvata različite institucije u SAD i Južnoj Koreji. Jang kaže da je ovo prvi put da je bilo koji istraživački tim potvrdio sistematski pristup prilagođavanju nesavršenosti magnetnog polja kako bi plazma bila pogodna za upotrebu kao izvor energije. Ove nesavršenosti magnetnog polja poznate su kao polja greške.
„Naš novi metod identifikuje optimalne korekcije polja greške, poboljšavajući stabilnost plazme“, rekao je Jang. „Dokazano je da ova metoda poboljšava stabilnost plazme u različitim uslovima plazme, na primer, kada je plazma bila u uslovima visokog i niskog magnetnog zatvaranja.
Polja greške obično su uzrokovana sitnim defektima u magnetnim kalemovima uređaja koji drži plazmu, a koji se naziva tokamak. Do sada su se polja greške smatrala samo smetnjom jer je čak i vrlo malo polje greške moglo izazvati poremećaj plazme koji zaustavlja reakcije fuzije i može oštetiti zidove posude za fuziju. Shodno tome, istraživači fuzije su potrošili dosta vremena i truda na pedantno pronalaženje načina da isprave polja grešaka.
„Prilično je teško eliminisati postojeća polja greške, tako da umesto da popravimo ove nepravilnosti namotaja, možemo primeniti dodatna magnetna polja koja okružuju fuzionu posudu u procesu poznatom kao korekcija polja greške“, rekao je Jang.
U prošlosti, ovaj pristup bi takođe oštetio jezgro plazme, čineći plazmu neprikladnom za proizvodnju električne energije fuzijom. Ovog puta, istraživači su uspeli da eliminišu nestabilnosti na ivici plazme i održe stabilnost jezgra. Istraživanje je odličan primer kako istraživači PPPL-a premošćuju jaz između današnje fuzione tehnologije i onoga što će biti potrebno da se fuziona energija prenese u električnu mrežu.
„Ovo je zapravo veoma efikasan način narušavanja simetrije sistema, tako da ljudi mogu namerno da degradiraju zatvorenost. To je kao da napravite veoma sićušnu rupu u balonu kako ne bi eksplodirao“, rekao je SangKjeun Kim, naučnik koji se bavi istraživanjem. na PPPL i koautor rada. Baš kao što bi vazduh curio iz male rupe u balonu, mala količina plazme curi iz polja greške, što pomaže da se održi njegova ukupna stabilnost.
Jedan od najtežih delova upravljanja reakcijom fuzije je da se i jezgro i ivica plazme ponašaju u isto vreme. Postoje idealne zone za temperaturu i gustinu plazme u oba regiona i teško je pogoditi te mete dok je eliminisanje nestabilnosti teško.
Ova studija pokazuje da podešavanje polja greške može istovremeno stabilizovati i jezgro i ivicu plazme. Pažljivim kontrolisanjem magnetnih polja proizvedenih od kalemova tokamaka, istraživači su mogli da potisnu nestabilnosti ivica, takođe poznate kao ivični lokalizovani režimi (ELM), bez izazivanja poremećaja ili značajnog gubitka zatvorenosti.
„Pokušavamo da zaštitimo uređaj“, rekao je PPPL istraživač fizičar Kiming Hu, autor rada.
Istraživanje je sprovedeno korišćenjem KSTAR tokamaka u Južnoj Koreji, koji se ističe po svojoj sposobnosti da prilagodi konfiguraciju polja magnetne greške sa velikom fleksibilnošću. Ova sposobnost je ključna za eksperimentisanje sa različitim konfiguracijama polja greške kako bi se pronašle najefikasnije za stabilizaciju plazme.
Istraživači kažu da njihov pristup ima značajne implikacije na dizajn budućih pilot postrojenja za fuziju tokamaka, što ih potencijalno čini efikasnijim i pouzdanijim. Trenutno rade na verziji svog kontrolnog sistema sa veštačkom inteligencijom (AI) kako bi ga učinili efikasnijim.
„Ovi modeli su prilično složeni; potrebno im je malo vremena da se izračunaju. Ali kada želite da uradite nešto u sistemu kontrole u realnom vremenu, možete sebi priuštiti samo nekoliko milisekundi da izvršite proračun“, rekao je Snajps. „Koristeći veštačku inteligenciju, možete u osnovi naučiti sistem šta da očekuje i moći ćete da koristite tu veštačku inteligenciju da unapred predvidi šta će biti neophodno za kontrolu plazme i kako to primeniti u realnom vremenu.“
Dok njihov novi rad naglašava rad koji je obavljen korišćenjem unutrašnjih magnetnih kalemova KSTAR-a, Hu sugeriše da bi buduća istraživanja sa magnetnim zavojnicama izvan fuzionog suda bila dragocena jer se fuziona zajednica udaljava od ideje da takve kalemove smešta u vakuumski zatvorenu posudu zbog potencijalno uništenje takvih komponenti od ekstremne toplote plazme.
