Temperatuursverschillen versterken verstoring in fusieplasma
In een kernfusiereactor wordt de brandstof in de vorm van een zeer heet gas, het zogeheten plasma, opgesloten in een magneetveld. Chaotische processen in het plasma kunnen dat veld verstoren. Daardoor kan warmte uit het plasma weglekken en wordt het fusieproces minder efficiënt. Onderzoekers van het FOM-Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen in Nieuwegein hebben nu langs theoretische weg ontdekt dat een temperatuursverschil de verstoring van het veld kan versterken. Dit nieuwe inzicht zal kunnen helpen manieren te vinden om het magneetveld beter te controleren, het plasma stabieler te houden en de fusie in de reactor beter te laten verlopen. De onderzoekers publiceerden hun bevindingen in de Physical Review Letters van 29 juni 2007.
Het principe van een fusiecentrale is dat plasma van meer dan 100 miljoen graden bijeen gehouden wordt door een sterk magnetisch veld. In de huidige experimenten lukt dat binnen bepaalde grenzen: maak je het plasma nog heter, of bezuinig je op het magnetisch veld, dan kan het bewegelijke plasma zich aan de greep van het magnetisch veld ontworstelen. Dat zorgt voor energieverliezen waardoor het plasma afkoelt. Experimenteel en theoretisch is dit proces uitvoerig onderzocht, en het is al langer bekend dat de extreme temperatuurverschillen tussen binnen- en buitenkant van een fusieplasma het opsluitende magnetisch veld kunnen openbreken.
Nieuw is nu het inzicht dat een temperatuurverschil bij het openbreken van het magnetisch veld elektrische stromen kan opwekken die het veld nog verder verstoren en bepalen hoe groot het uiteindelijke warmtelek wordt. Het effect treedt op omdat elektronen in het heetste deel van het plasma sneller langs magnetische veldlijnen bewegen dan elektronen in een iets minder heet gebied. Wanneer deze elektronen bij elkaar kunnen komen ontstaat een elektrische stroom.
Inzichten zoals deze kunnen leiden tot een betere controle over het magnetisch veld in een toekomstige fusiecentrale, die daardoor efficiënter zal kunnen werken.
Meer informatie bij Emiel van der Plas, telefoon (030) 609 68 30, Hugo de Blank, telefoon (030) 609 68 34 of Erik Min (wetenschapsvoorlichter), telefoon (030) 609 68 36 of 06 13 52 15 01.
Referentie:
Temperature gradients in fast collisionless magnetic reconnection,
Emiel V. van der Plas en Hugo J. de Blank, Phyiscal Review Letters, vol. 98 (2007), p. 265002
(http://link.aps.org/abstract/PRL/v98/e265002).