Пылесос в плазме: почему частицы сами собираются в центре токамака ✛
Пылесос втягивает пыль, даже если у сопла её больше, чем в мешке. В токамаке частицы плазмы делают то же самое: они движутся к центру, хотя у края их плотность выше. Это странно, ведь обычно всё растекается из густого места в разреженное.
Учёные запустили компьютерную модель и увидели, как из плоского профиля плотности вырастает пик в центре. Сначала частицы переносят турбулентные вихри — как люди в толпе, которые передают друг друга в нужную сторону. Потом включается электрическое поле, которое медленно тянет частицы внутрь.
Раньше думали, что электрическое поле не может втягивать частицы, но учёные учли сопротивление плазмы и нашли небольшой сдвиг, который меняет картину. Когда этот эффект отключили, пик плотности исчез. Значит, пылесос действительно работает.
Это важно для термоядерных реакторов: если знать, где соберутся частицы топлива, можно лучше удерживать плазму и строить более эффективные установки.
В моделировании частицы «плывут против течения»: они движутся от края к центру, хотя градиент плотности вначале направлен наружу. Такой контринтуитивный перенос возможен благодаря корреляции флуктуаций плотности и электрического поля, а не обычной диффузии.
Идея самопроизвольного сжатия плазмы к центру перекликается с концепцией «пинча» в фантастике, например, в романе Ларри Нивена «Мир-Кольцо», где магнитные поля удерживают плазму в реакторе.