Per realizzare una centrale a fusione, è necessario confinare stabilmente un plasma di oltre 100 milioni di gradi Celsius in un campo magnetico e mantenerlo a lungo. Un gruppo di ricerca guidato dall'Assistente Professor Naoki Kenmochi, dal Professor Katsumi Ida e dal Professore Associato Tokihiko Tokuzawa del National Institute for Fusion Science (NIFS), National Institutes of Natural Sciences (NINS), Giappone, utilizza strumenti di misura sviluppati indipendentemente e con la collaborazione del professor Daniel J. den Hartog dell'Università del Wisconsin, USA, ha scoperto per la prima volta che la turbolenza si muove più velocemente del calore quando il calore fuoriesce nei plasma nel Large Helical Device (LHD). Una caratteristica di questa turbolenza consente di prevedere i cambiamenti nella temperatura del plasma e si prevede che l'osservazione della turbolenza porterà allo sviluppo di un metodo per il controllo in tempo reale della temperatura del plasma in futuro.

Nel plasma ad alta temperatura confinato dal campo magnetico, viene generata la "turbolenza", che è un flusso con vortici di varie dimensioni. Questa turbolenza provoca il disturbo del plasma e il calore del plasma confinato scorre verso l'esterno, provocando un calo della temperatura del plasma. Per risolvere questo problema, è necessario comprendere le caratteristiche del calore e della turbolenza nel plasma. Tuttavia, la turbolenza nei plasmi è così complessa che non ne abbiamo ancora raggiunto una piena comprensione. In particolare, il modo in cui la turbolenza generata si muove nel plasma non è ben compreso, perché richiede strumenti in grado di misurare l'evoluzione temporale della turbolenza minuscola con un'elevata sensibilità e una risoluzione spaziotemporale estremamente elevata.

Nel plasma può formarsi una "barriera", che agisce bloccando il trasporto di calore dal centro verso l'esterno. La barriera crea un forte gradiente di pressione nel plasma e genera turbolenza. L'assistente del professor Kenmochi e il suo gruppo di ricerca hanno sviluppato un metodo per rompere questa barriera ideando una struttura di campo magnetico. Questo metodo ci consente di concentrarci sul calore e la turbolenza che fluiscono vigorosamente quando le barriere si rompono e di studiare in dettaglio la loro relazione. Quindi, utilizzando onde elettromagnetiche di varie lunghezze d'onda, abbiamo misurato la variazione di temperatura e il flusso di calore degli elettroni e la turbolenza fine di dimensioni millimetriche con il più alto livello di precisione al mondo. In precedenza, era noto che il calore e la turbolenza si muovevano quasi contemporaneamente a una velocità di 5.000 chilometri orari, all'incirca alla velocità di un aeroplano, ma questo esperimento ha portato alla prima scoperta al mondo di turbolenza che si muove davanti al calore a una velocità di 40.000 chilometri per ora. La velocità di questa turbolenza è vicina a quella di un razzo.

L'assistente del professor Naoki Kenmochi afferma che "questa ricerca ha notevolmente migliorato la nostra comprensione della turbolenza nei plasmi di fusione. La nuova caratteristica della turbolenza, che si muove molto più velocemente del calore in un plasma, indica che potremmo essere in grado di prevedere i cambiamenti della temperatura del plasma osservando turbolenza predittiva. In futuro, sulla base di ciò, prevediamo di sviluppare metodi per controllare la temperatura del plasma in tempo reale."

La ricerca è stata pubblicata in Rapporti scientifici . + Esplora ulteriormente

La prima prova sperimentale della propagazione della turbolenza del plasma