Vedci odhalili, ako mikroskopická turbulencia v plazme dokáže zmeniť celú jej štruktúru. Táto novinka môže výrazne posunúť vývoj jadrovej fúzie a zároveň pomôcť lepšie pochopiť procesy vo vesmíre, ako sú slnečné erupcie či iné výbušné javiská. Na tému upozornil portál Interesting Engineering.

Tím juhokórejských vedcov sa zameral na fenomén nazývaný „multi-scale coupling“. Ide o prepojenie medzi turbulenciou na úrovni jednotlivých častíc a jej vplyvom na veľké celky plazmy. Plazma, teda ionizovaný plyn tvorený voľnými elektrónmi a iónmi, je mimoriadne zložitý stav hmoty, ktorý nevieme úplne pochopiť len cez klasické magnetohydrodynamické (MHD) modely. Tie totiž pracujú s plazmou ako s jedným vodivým tekutým telom, no realita je omnoho dynamickejšia.

Sľubný výsledok

Experiment uskutočnili na zariadení VEST (Versatile Experiment Spherical Torus) na národnej univerzite v Soule, kde simulovali zložité magnetické pole v tvare špirály. Pomocou dvoch elektrónových zväzkov vytvorili samostatné „magnetické šnúry“, ktoré sa pohybovali rýchlejšie, než je štandardná rýchlosť Alfvénových vĺn v plazme. Tento pohyb spustil magnetickú turbulenciu, ktorá vyvolala jav nazývaný magnetická rekonekcia. Ide o zmenu konfigurácie magnetických čiar, pri ktorej sa magnetická energia premieňa na tepelnú.

Výsledok? Dve samostatné magnetické šnúry sa zrazu spojili do jednej väčšej štruktúry. To všetko sprevádzali energické častice, zvýšená iontová teplota a ďalšie zmeny v charaktere plazmy. Výskumníci pritom prvýkrát zaznamenali, že turbulencia mimo klasických MHD škál môže spustiť trojrozmernú magnetickú rekonekciu. Tento proces v sebe zahŕňa vznik turbulencie, zlučovanie magnetických šnúr, kolaps rovnováhy a jej následné obnovenie.

Screenshot/YouTube

Dobrá správa aj pre astrofyziku

Pre jadrovú fúziu je táto správa zásadná. Ak chceme udržať fúzny proces stabilný a dlhodobo udržateľný, musíme vedieť, ako sa turbulencia v plazme rozširuje a ovplyvňuje jej správanie. Nové poznatky by mohli pomôcť vyvinúť efektívnejšie metódy na kontrolu plazmy, a teda priblížiť sa k praktickej výrobe čistej energie.

Na druhej strane, v astrofyzike tieto experimenty ponúkajú model, ktorý verne kopíruje procesy odohrávajúce sa vo vesmíre. Podobné magnetické rekonekcie sa totiž dejú pri slnečných erupciách alebo v iných kozmických plazmách, kde uvoľňovanie energie spôsobuje napríklad žiarivé výbuchy. Vďaka laboratórnym pozorovaniam tak môžeme lepšie interpretovať dáta z vesmíru a pochopiť dynamiku týchto dramatických udalostí.

Magnetické šnúry, ktoré niesli elektrický prúd v plazme, sa ukázali byť kľúčovým prvkom nielen v prírodných kozmických procesoch, ale aj v našich laboratóriách. Práve ich správanie a interakcie formujú stabilitu alebo nestabilitu plazmy, čo je základom pre pochopenie i ovládanie fúznych reakcií.

Čítajte viac z kategórie: Novinky