وقد أكدت التجارب التي أجريت في شركة توكاماك التجريبية المتقدمة المتقدمة في الصين وجود"منطقة خالية من الكثافة"في توكاماك ، ووجدت طريقة لكسر حد الكثافة ، وقدمت أدلة مادية هامة للتشغيل العالي الكثافة لأجهزة الاندماج المغنطيسي.

إيست توكاماك ( الصورة: معاهد خفي للعلوم الفيزيائية )

وجهاز"توكاماك"هو جهاز من نوع"توكاماك"يستخدم الحبس المغناطيسي لتحقيق الاندماج النووي الخاضع للرقابة ، وهو يشبه"المسار المغناطيسي"الحلزوني الذي يقفل البلازما العالية الحرارة لتحقيق الاندماج النووي. وكثافة البلازما هي أحد البارامترات الرئيسية لأداء توكاماك ، مما يؤثر مباشرة على معدل تفاعل الانصهار. وفي الماضي ، اكتشف الباحثون أن هناك حدا لكثافة البلازما ، يشار إليه باسم حد كثافة غرينوالد ؛ وبمجرد بلوغ هذا الحد ، تنفصل البلازما وتهرب من حبس المجال المغناطيسي ، مما يطلق طاقة هائلة في الجدار الداخلي للجهاز ، مما يؤثر على التشغيل الآمن. ومن خلال البحوث الطويلة الأجل ، اكتشف مجتمع الانصهار الدولي أن العملية الفيزيائية التي تؤدي إلى الحد الأقصى للكثافة تحدث في منطقة الحدود بين البلازما والجدار الداخلي للجهاز ، ولكن الآلية الفيزيائية الأساسية غير مفهومة تماما.

ووضع فريق في معهد فيزياء البلازما التابع للأكاديمية الصينية للعلوم في هيفاي ، مقاطعة أنهوي ، نموذجا نظريا للتفاعل الذاتي بين جدار البلازما الحدودي ، واكتشف الدور الحاسم للإشعاع الحدودي في الحد الأقصى للكثافة ، وكشف آلية إطلاق الحد الأقصى للكثافة. وقد أدى استخدام بيئة تشغيل جميع الجدران المعدنية في توكاماك التجريبية المتقدمة الفائقة السرعة - المعروفة باسم"الشمس الاصطناعية"- إلى الحد من الشوائب الحدودية التي تخترقها باستخدام أساليب مثل تسخين رنين السيكلترون الإلكترون وبدء التشغيل التآزري المشحون مسبقا ، مما أدى بنشاط إلى تأخير حدوث حد الكثافة وانفصال البلازما.

وبالتحكم في الظروف المادية للصفيحة المستهدفة ، فإنها تقلل من التأرجح المادي الذي يهيمن عليه التنغستن ، وتتحكم في البلازما لكسر حدود الكثافة وتوجيهها إلى منطقة جديدة خالية من الكثافة. وقال الفريق إن النتائج التجريبية تتفق إلى حد كبير مع التنبؤات النظرية للمنظمة ، مما يؤكد لأول مرة وجود منطقة خالية من الكثافة في توكاماك. ويوفر هذا العمل الابتكاري أدلة هامة لفهم الحد الأقصى للكثافة ويقدم أدلة مادية حاسمة لعملية توكاماك العالية الكثافة.

وفي التجارب ، حقق المعهد متوسط كثافة الإلكترونات في حدود كثافة غرينوالد من 1.3 إلى 1.65.

وتبين هذه النتائج إمكانية وضع مخطط عملي لزيادة الحد الأقصى للكثافة في توكاماكس زيادة كبيرة ، وهو أمر وثيق الصلة أيضا ببدء تشغيل المبخر. وقال الباحثون إن كسر حد كثافة جرينوالد والوصول الناجح إلى نظام خال من الكثافة كما يتضح من هذا العمل يفتح طريقا واعدا للمضي قدما نحو تحقيق حالة اشتعال الانصهار.

وكان هذا العمل - الذي نشرت نتائجه في"التطورات العلمية"- جهدا تعاونيا من جانب معهد فيزياء البلازما ، وجامعة هوازهونغ للعلوم والتكنولوجيا ، وجامعة إيكس - مارسيليا ، بدعم من المشروع الوطني لتآكل التكفير المغنطيسي. وقد استفاد إنجاز هذا العمل بنجاح من المنصة التجريبية المتقدمة لجميع الجدران المعدنية التابعة للمجلس ومن آليته المفتوحة لتنسيق المقترحات التعاونية. وقد وفرت القياسات التشخيصية الدقيقة للكثافة ودرجة الحرارة والإشعاع والشوائب التي طورها جهاز"إيست"في السنوات الأخيرة ، فضلا عن طريقة التسخين الرنين الإلكترون الفعال ، دعما تقنيا هاما للعمل في هذا المجال.

ومنذ بدء تشغيل المركز في عام 2006 ، أصبح منصة اختبار مفتوحة للعلماء الصينيين والدوليين لإجراء تجارب وبحوث تتعلق بالمستقبل.