Fusion kan vara framtiden för ren energi. På samma sätt som solen tvingar reaktioner mellan ljuselement, som väte, för att producera tunga element och värmeenergi, fusion på jorden kan generera elektricitet genom att utnyttja kraften i elementära reaktioner. Problemet är att kontrollera enhetligheten av väteisotopdensitetsförhållandet i fusionsplasma - soppan av element som smälter samman och producerar energi.

Ett forskargrupp i Japan har nått en viktig förståelse för denna process som kan hjälpa till med framtida utveckling och användning av fusionsplasma.

De publicerade sina resultat den 14 januari Fysiska granskningsbrev .

Forskarna fokuserade på ett förhållande mellan väteisotoper, eller viktvarierade versioner av väte, i plasma producerad i Large Helical Device (LHD) vid National Institute for Fusion Science (NIFS). Plasman bestod av väte och deuterium, som väger dubbelt så mycket som väte. Genom att förstå hur denna plasma blandas, forskarna kan börja förutse hur framtida plasma bestående av deuterium och tritium, som väger tre gånger så mycket som väte, får bete sig.

"I kärnan i fusionsplasma, det är mest önskvärt att ha en jämn fördelning mellan deuterium och tritium eftersom det ger den högsta fusionseffekten, "sa pappersförfattaren Katsumi Ida, en professor med både National Institute for Fusion Science och Graduate University for Advanced Studies. "Dock, vi kan bara styra isotopförhållandet vid kanten av plasma, inte i kärnan. Vi bestämde oss för att undersöka om isotopförhållandet är enhetligt genom hela blandningen. Om det inte är det, kan vi göra det enhetligt? "

Ida och hans team fann att enhetligheten bestäms av hur isotoperna rör sig. Kallas som ett turbulent tillstånd, isotoper som påverkats av turbulens för jontemperaturgradient (ITG) var mycket mer enhetliga än isotoper som genomgår turbulens med infångat elektronläge (TEM).

"Det ITG-dominerande tillståndet är mycket gynnsammare i fusionsplasma, "Ida sa." Vi såg bildandet av en icke-blandande profil och dess övergång till ett enhetligt isotoptillstånd i plasma, associerad med ökningen av turbulens som sprider sig längs jontemperaturgradienten. "

ITG -turbulens innefattar en temperaturgradient anpassad till de magnetiska fälten som begränsar fusionsplasma. Isotoperna rör sig mer om de är i den hetare änden, så att isotoperna blandas jämnare. Enligt Ida, denna förståelse kan hjälpa forskare att kontrollera plasmauniformitet och öka effekten av fusionsplasmaisotopblandningar.

Forskarna planerar att studera enhetlighet i andra joner, inklusive i helium - ett element som produceras av fusionsreaktionen mellan deuterium och tritium.