Eksperimenti u fuzionom reaktoru u Kini, poznatom kao Eksperimentalni napredni superprovodljivi tokamak (EAST), pokazali su novu strategiju za prevazilaženje ograničenja gustine supergrejanog plazma. Fizičari su uspeli da nadmaše Greenwaldovu granicu, praktičnu granicu gustine iznad koje plazma postaje nestabilna, često oštećujući komponente reaktora. Ova granica je dugo vremena smatrana nepromenljivom u inženjeringu fuzionih reaktora.
Novi rad pokazuje da precizna kontrola nad načinom na koji se plazma stvara i kako interaguje sa zidovima reaktora može omogućiti da se plazma pomeri izvan ove granice u režim koji fizičari nazivaju „režim bez gustine“. Fuzioni reaktori su dizajnirani da repliciraju intenzivnu nuklearnu fuziju koja se dešava u srcu Sunca, generišući ogromne količine energije.
Jedan od značajnih izazova je gustina plazme. Što više atoma bude u plazmi, to više interaguju i više fuzionih reakcija se dešava, čime se povećava energetski izlaz. U supergrejanim temperaturama plazme unutar tokamaka, energetski izlaz obično se povećava sa gustinom plazme.
Greenwaldova granica predstavlja prepreku jer, kako gustina plazme raste, plazma emituje više energije, brže se hladi na granici, posebno kada atomi iz zida reaktora ulaze u plazmu. Energetski čestice plazme oslobađaju atome sa zida; kada uđu u plazmu, ove nečistoće povećavaju brzinu zračenja energije, što dodatno hladi plazmu i podstiče oslobađanje još više nečistoća.
Ovo hlađenje može degradirati magnetsku konfinaciju koja drži plazmu, omogućavajući joj da pobegne i brzo se ugasi. Zbog toga fizičari obično rade magnetske fuzione reaktore ispod Greenwaldove granice, osim u eksperimentima koji su dizajnirani da je testiraju.
Međutim, nedavno je teorijska studija sugerisala da bi samoorganizacija u interakcijama plazme i zida mogla omogućiti tokamakima da izbegnu uobičajenu Greenwaldovu gustinsku ograničenost, radeći u režimu koji autori opisuju kao „režim bez gustine“. Tim fizičara predvođen Ping Zhuom sa Huazhong univerziteta za nauku i tehnologiju i Ning Yanom iz Kineske akademije nauka dizajnirao je eksperiment kako bi dalje istražio ovu teoriju.
U svom eksperimentu, istraživači su želeli da vide da li mogu namerno usmeriti ishod ove interakcije. Pažljivo su kontrolisali pritisak gorivnog gasa tokom pokretanja tokamaka i dodali iznenadni izvor grejanja poznat kao grejanje elektronske ciklotronske rezonance. Ove promene su promenile način na koji plazma interaguje sa zidovima tokamaka kroz hladniju granicu plazme, što je dramatično smanjilo nivo nečistoća koje ulaze u plazmu.
Pod ovim režimom, istraživači su uspeli da postignu gustine do oko 65 procenata više od Greenwaldove granice tokamaka. Ovo ne znači da plazme pod magnetskom konfinacijom sada mogu raditi bez ikakvih ograničenja gustine. Međutim, pokazuje da Greenwaldova granica nije fundamentalna prepreka i da bi prilagođavanje operativnih procesa moglo dovesti do efikasnijih fuzionih reaktora.
