Blobbar kan orsaka förödelse i plasma som krävs för fusionsreaktioner. Denna bubbelliknande turbulens sväller upp vid kanten av fusionsplasma och dränerar värme från kanten, begränsa effektiviteten av fusionsreaktioner i munkformade fusionsanläggningar som kallas "tokamaks". Forskare vid USA:s energidepartement (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har nu upptäckt en överraskande korrelation mellan klumparna med fluktuationer i magnetfältet som begränsar plasmabränslefusionsreaktionerna i enhetens kärna.

Ny aspekt av förståelse

Ytterligare undersökning av denna korrelation och dess roll i förlusten av värme från magnetiska fusionsreaktorer kommer att bidra till att på jorden producera den fusionsenergi som driver solen och stjärnorna. "Dessa resultat lägger till en ny aspekt till vår förståelse av plasmakantens värmeförlust i en tokamak, " sade fysikern Stewart Zweben, huvudförfattare till en artikel i Physics of Plasmas som redaktörer har valt som en utvald artikel. "Detta arbete bidrar också till vår förståelse av blobs fysik, som kan hjälpa till att förutsäga prestanda hos tokamak-fusionsreaktorer."

Fusionsreaktioner kombinerar lätta element i form av plasma - det heta, laddat tillstånd av materia som består av fria elektroner och atomkärnor som utgör 99 procent av det synliga universum – för att producera enorma mängder energi. Forskare försöker skapa och kontrollera fusion på jorden som en källa till säker, ren och praktiskt taget obegränsad kraft för att generera el.

PPPL-forskare upptäckte den överraskande länken förra året när de analyserade experiment som gjordes 2010 på PPPL:s National Spherical Torus Experiment (NSTX) – föregångaren till dagens National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U). Blobbarna och fluktuationerna i magnetfältet, kallad "magnetohydrodynamisk (MHD)" aktivitet, utvecklas i alla tokamaks och har traditionellt sett setts som oberoende av varandra.

Överraskning ledtråd

Den första ledtråden till korrelationen var den slående regelbundenhet i banan för stora blobbar, som färdas med ungefär samma hastighet som en gevärkula, i experiment som analyserades 2015 och 2016. Sådana blobbar rör sig normalt slumpmässigt i det som kallas "avskrapningsskiktet" vid kanten av tokamakplasma, men i vissa fall strövade alla stora klumpar i nästan samma vinkel och hastighet. Dessutom, tiden mellan uppkomsten av varje stor klump vid kanten av plasman var nästan alltid densamma, praktiskt taget sammanfaller med frekvensen av dominant MHD-aktivitet i plasmakanten.

Forskare spårade sedan de diagnostiska signalerna för klumparna och MHD-aktiviteten i förhållande till varandra för att mäta vad som kallas "korskorrelationskoefficienten, " som de använde för att utvärdera en uppsättning av 2010 NSTX-experimenten. Ungefär 10 procent av dessa experiment visade sig visa en signifikant korrelation mellan de två variablerna.

Forskarna analyserade sedan flera möjliga orsaker till korrelationen, men kunde inte hitta någon enda övertygande förklaring. För att förstå och kontrollera detta fenomen, Zweben sa, ytterligare dataanalys och modellering kommer att behöva göras - kanske av läsare av Plasmas fysik papper.