Urządzenie VEST ujawnia mechanizmy plazmy
Do badań wykorzystano specjalistyczną aparaturę VEST (Versatile Experiment Spherical Torus). Naukowcy wprowadzili dwie wiązki elektronów wzdłuż linii pola magnetycznego, tworząc helikalne struktury zwane linami strumieniowymi. Kluczowym momentem stało się wywołanie mikroturbulencji, które doprowadziły do rekoneksji magnetycznej, czyli zjawiska polegającego na przebudowie pola magnetycznego w plazmie. Potwierdzenie odnotowanych rezultatów przyszło dzięki symulacjom cząsteczkowym przeprowadzonym na superkomputerze Koreańskiego Instytutu Energii Fuzyjnej. Szczególną uwagę zwrócono na rolę napięcia polaryzacji, którego wzrost powodował wyraźny przyrost mocy turbulencji magnetycznych. W warunkach eksperymentalnych prędkość wiązki elektronów osiągnęła około 16 milionów metrów na sekundę.
Czytaj też: Odtworzyli pierwsze reakcje chemiczne po Wielkim Wybuchu. Czas zmienić podstawy nauki o kosmosie
Najbardziej zaskakującym wnioskiem było to, że same siły magnetohydrodynamiczne (MHD) okazały się niewystarczające do wywołania rekoneksji. Mimo niestabilnego stanu lin strumieniowych, proces blokowały siły przywracające równowagę pola magnetycznego. Przełom nastąpił dopiero przy uwzględnieniu turbulencji w reżimie kinetycznym. Analiza widmowa ujawniła charakterystyczną bifurkację. O ile w niższych częstotliwościach indeks widmowy wynosił około -5/3 (typowe dla turbulencji fal Alfvéna w większych skalach), tak w wyższych indeks osiągał około -8/3 (charakterystyczny dla turbulencji w skalach poniżej jonowych). Efektem rekoneksji był wzrost temperatury jonów, przyspieszenie ich ruchu oraz emisja promieniowania rentgenowskiego.
Praktyczne konsekwencje odkrycia, czyli jak przejść z laboratorium do codziennego życia
Zrozumienie sprzężenia wieloskalowego może przyspieszyć prace nad fuzją jądrową. Choć droga do komercyjnych reaktorów pozostaje długa, lepsza kontrola procesów w plazmie jest niezbędna do stworzenia stabilnych warunków dla reakcji termojądrowych. To ważny krok, choć wydaje się, że będziemy musieli poczekać co najmniej kilka lat. Równie istotne są implikacje dla badań pogody kosmicznej. Mechanizmy rekoneksji magnetycznej odpowiadają za rozbłyski słoneczne i burze geomagnetyczne, które mogą zakłócać działanie satelitów i sieci energetycznych.
Czytaj też: Strategiczny obiekt badawczy w Polsce uratowany. Reaktor MARIA otrzymał zielone światło
Dokładniejsze modelowanie tych zjawisk poprawi nasze możliwości przewidywania ich skutków. Szczegółowe ustalenia w wykonaniu naukowców z Korei Południowej zostały zaprezentowane na łamach Nature. Eksperyment tamtejszego zespołu stanowi istotny postęp w fizyce plazmy. Po raz pierwszy bezpośrednio wykazano, jak zmiany na poziomie mikroskopowym wpływają na makroskopowe właściwości plazmy. Takie odkrycie rzeczywiście otwiera nowe możliwości, zarówno dla energetyki przyszłości, jak i lepszego zrozumienia naszego kosmicznego otoczenia.