Chaos na krawędzi tokamaków i stellaratorów

W tokamakach i stellaratorach, urządzeniach do przeprowadzania kontrolowanej syntezy termojądrowej, plazma utrzymywana jest przy pomocy pola magnetycznego. Dwie składowe: toroidalna i poloidalna tworząc układ nieskończenie wielu zagnieżdżonych powierzchni linii sił pola magnetycznego sprawiają, iż tzw. współczynnik utrzymania plazmy ma relatywnie dużą wartość. Dzieje się tak, gdyż składowa transportu cząstek i energii wzdłuż linii sił pola jest przynajmniej o sześć rzędów wielkości większa od składowej prostopadłej do powierzchni magnetycznych. W centrum plazmy daje to efekt pożądany, temperatura i gęstość plazmy są na poziomie wystarczającym dla wydajnej reakcji syntezy termojądrowej. Natomiast na krawędzi plazmy prowadzi to do nadmiernych gęstości energii i cząstek oddziałujących ze ścianą komory, co prowadzi do jej szybkiej erozji, a nawet może doprowadzić do jej zniszczenia. Jedną z metod radzenia sobie z nadmierną gęstością energii wydalanej na krawędzi plazmy poprzez przewodnictwo cieplne i konwekcję jest wprowadzenie tzw. obszaru stochastycznego.  Stochastyczne linie sił pola magnetycznego nie tworzą już koncentrycznych powierzchni magnetycznych, lecz zgodnie z twierdzeniem ergodycznym, wypełniają objętość. Dzięki takiej topologii pola magnetycznego udaje się zmniejszyć strumień ciepła i cząsteczek oddziałujących ze ścianą poprzez zwiększenie obszaru oddziaływania. W tokamakach obszar stochastyczny uzyskuje się przy pomocy niewielkich, rezonansowych pól magnetycznych, w stellaratorach są one inherentną częścią trójwymiarowej konfiguracji.

prof. dr hab. Ludwik Dobrzyński