Kluczowy eksperyment na urządzeniu VEST
Zespół z Seulskiego Uniwersytetu Narodowego we współpracy z Azjatycko-Pacyficznym Centrum Fizyki Teoretycznej pod kierunkiem profesora Hwanga Yong-Seoka wykorzystał urządzenie fuzyjne VEST do przeprowadzenia serii precyzyjnych pomiarów. Naukowcy wstrzyknęli do plazmy silną wiązkę elektronów poruszających się z prędkością około 16 milionów metrów na sekundę. Ta niezwykła prędkość okazała się kluczowa dla zaobserwowania zjawiska rekoneksji magnetycznej w trójwymiarze. Proces ten, znany dotąd głównie z obserwacji kosmicznych (na przykład rozbłyski słoneczne) po raz pierwszy został odtworzony w warunkach laboratoryjnych w tak kontrolowany sposób.
Czytaj też: Ukryte stany brzegowe rozbudziły apetyt. Naukowcy mówią o nieograniczonym źródle energii
Eksperyment przyniósł kilka istotnych obserwacji, które potwierdzają teorię sprzężenia wieloskalowego. Odnotowano wyraźny wzrost temperatury jonów w plazmie oraz emisję promieniowania rentgenowskiego. Co jednak najciekawsze, zaobserwowano przyspieszenie cząstek do wysokich energii i reorganizację struktury plazmy na dużą skalę. Te zjawiska sugerują, iż mikroskopijne turbulencje mogą rzeczywiście napędzać zmiany o charakterze globalnym. Tradycyjne modele magnetohydrodynamiczne okazały się niewystarczające do wyjaśnienia zaobserwowanych efektów. W zamian decydującą rolę odegrały niestabilności kinetyczne.
Weryfikacja przez symulacje komputerowe
Aby potwierdzić wyniki eksperymentu, naukowcy przeprowadzili zaawansowane symulacje cząsteczkowe na superkomputerze KAIROS. Symulacje precyzyjnie odtworzyły kluczowe aspekty zaobserwowanych zjawisk, co stanowi mocne potwierdzenie słuszności wniosków. Analiza spektralna ujawniła interesującą bifurkację: przy niższych częstotliwościach dominowały turbulencje fal Alfvéna na większych skalach, podczas gdy przy wyższych częstotliwościach obserwowano turbulencje na skalach subjonowych. Współczynniki spektralne wynosiły odpowiednio około -5/3 i -8/3.
Zrozumienie sprzężenia wieloskalowego w plazmie to dopiero pierwszy krok w kierunku praktycznego wykorzystania tego zjawiska. Kontrola plazmy na poziomie wieloskalowym może potencjalnie przyczynić się do rozwoju technologii energii fuzyjnej, choć najpierw będzie trzeba doprowadzić do komercjalizacji.
Ten wynik był możliwy tylko dzięki niezliczonym dyskusjom i debatom między ekspertami w dziedzinie fuzji i fizyki teoretycznej, którzy zaczęli od różnych zainteresowań, ale ostatecznie doszli do wspólnego gruntu – wyjaśnia Park Jong-Yoon, współautor badania
Rekoneksja magnetyczna, będąca w centrum tych badań, to proces odpowiedzialny za niektóre z najbardziej energetycznych zjawisk we wszechświecie. Możliwość jego kontroli w laboratorium otwiera nowe perspektywy nie tylko dla energetyki, ale także dla zrozumienia fundamentalnych procesów fizycznych. Bez wątpienia prace zespołu koreańskiego stanowią ważny punkt wyjścia dla dalszych badań. Naukowcy wyrażają nadzieję, że ich odkrycie posłuży jako fundament dla nowych technologii fuzyjnych. Jednak z praktycznego punktu widzenia, minie jeszcze wiele lat zanim te ustalenia przełożą się na konkretne rozwiązania energetyczne.