एका आटोपशीर फ्यूजन यंत्रातील इलेक्ट्रॉन्ससाठी 10 कोटी अंश

स्वतःच “जळत” राहणाऱ्या भविष्यातील फ्यूजन अणुभट्टीत, फ्यूजनमधून निर्माण होणारे अल्फा कण टकरींमधून आपली बहुतेक ऊर्जा प्लाझ्मातील इलेक्ट्रॉन्सना देतील. ते इलेक्ट्रॉन्स किती गरम होतात, आणि त्यांची उष्णता किती वेगाने गळून जाते, यावर अणुभट्टी किती चांगली चालेल हे बऱ्याच अंशी ठरेल.

इलेक्ट्रॉन्सना थेट तापवण्याचा एक मार्ग म्हणजे मायक्रोवेव्ह्ज: इलेक्ट्रॉन सायक्लोट्रॉन रेझोनन्स हीटिंग, किंवा ECRH. भविष्यातील आटोपशीर फ्यूजन उपकरणांमध्ये त्याचे महत्त्व वाढत जाईल अशी अपेक्षा आहे. तरीही स्फेरिकल टॉरस — चुंबकीय क्षेत्रात प्लाझ्मा बंदिस्त करणारी अतिशय आटोपशीर उपकरणे — यांवरील प्रयोग बहुतांशी वेगवान उदासीन कणांच्या किरणांनी तापवले गेले आहेत, आणि गरम आयन्ससह अभ्यासले गेले आहेत. ज्या प्लाझ्मांमध्ये गरम इलेक्ट्रॉन्स जवळजवळ फक्त मायक्रोवेव्ह्जनी तापवले जातात, ते लेखकांच्या मते मोठ्या प्रमाणात अनभ्यासलेले आहेत.

शॉट 18325

बीजिंगमधील ENN Fusion या कंपनीद्वारे चालवल्या जाणाऱ्या EXL-50U या स्फेरिकल टॉरसचे ग्वांग यांग, युएजियांग शी आणि संघ अशा एका डिस्चार्जची माहिती देतात. शॉट 18325 दरम्यान, प्लाझ्मामधून सुमारे 500 किलोॲम्पिअर प्रवाह वाहत होता आणि तो फक्त 50 गिगाहर्ट्झच्या मायक्रोवेव्ह्जनी तापवला गेला, एकामागून एक वापरलेल्या दोन प्रणालींमधून: 0.5 सेकंदांपर्यंत सुमारे 230 किलोवॉटचा पहिला लाँचर, नंतर सुमारे 200 किलोवॉटचा दुसरा.

• पहिला लाँचर चालू असताना, गाभ्यातील इलेक्ट्रॉन्स 2 keV च्या जवळ राहिले.
• बदलानंतर त्यांचे तापमान वेगाने वाढले. 0.60 सेकंदाला, एका लेझर निदान पद्धतीने (थॉमसन प्रकीर्णन) मध्यभागी सुमारे 10 keV मोजले. त्रुटी-मर्यादा मोठी असल्याने, संघ सावध किमान मर्यादा म्हणून 8.6 keV — 10 कोटी केल्विन — मानतो.
• गरम टप्पा सुमारे 150 मिलिसेकंद टिकला, प्रति घनमीटर सुमारे 0.4 × 10¹⁹ कण इतक्या अतिशय कमी गाभा-घनतेत, आणि नंतर प्रवाह कमी होत गेला व घनता वाढली तसा तो कोसळला.

EXL-50U वरील शॉट 18325: दुसऱ्या मायक्रोवेव्ह प्रणालीकडे वळल्यानंतर गाभ्यातील इलेक्ट्रॉन तापमान (फलक a6) 0.6 s जवळ शिखर गाठते; फलक B तीव्र शिखर असलेले तापमान प्रोफाइल दाखवतो. — आकृती 1, Yang et al. (2026), arXiv:2610.14684.

बदलाच्या वेळी दिलेली शक्ती जवळजवळ बदलली नसल्याने, लेखक या उडीचे श्रेय दुसरा लाँचर आपली ऊर्जा कुठे जमा करतो यातील बदलाला देतात — त्यांच्या किरण-मागोवा (ray-tracing) मॉडेलनुसार, अक्षापासून दूर. नेमकी यंत्रणा कोणती, आणि दोन लहरींचे वेगवेगळे ध्रुवीकरण हेच निर्णायक कारण आहे का, हे प्रश्न अजून खुले आहेत.

गरम इलेक्ट्रॉन्स, थंड आयन्स

तापमान प्रोफाइलला तीव्र शिखर आहे: कडेपर्यंतच्या अर्ध्या अंतरावर ते सुमारे 1 keV पर्यंत खाली येते, तर घनता जवळजवळ सपाट राहते. उष्णता अक्षाजवळ एकवटलेली आहे.

गरम कालावधीत आयन्स मोजले गेले नाहीत. त्याच दिवशी, एका क्ष-किरण वर्णपटमापकाला गाभ्यातील आयन्स 0.5 keV जवळ एकवटलेले आढळले, आणि जवळच्या शॉट्समध्ये घनता कमी होत गेली तसे इलेक्ट्रॉन-ते-आयन तापमान गुणोत्तर वाढत गेले. दुसऱ्या शब्दांत, कमी घनतेत या प्लाझ्मातील इलेक्ट्रॉन्स आणि आयन्स एकमेकांपासून मोठ्या प्रमाणात विलग असतात: 10 कोटी अंश फक्त इलेक्ट्रॉन्सचे आहेत.

संघाने उष्णता कशी निसटते याचेही मॉडेलिंग केले. इलेक्ट्रॉन्सची उष्णता सर्वात साध्या टकर-सिद्धांताने वर्तवलेल्यापेक्षा 100 ते 10,000 पट वेगाने गळते — ज्याला भौतिकशास्त्रज्ञ विसंगत वहन (anomalous transport) म्हणतात — पण अक्षाच्या अगदी जवळ हे कमी प्रमाणात होते. सिम्युलेशन्स दोन प्रकारच्या लहान-प्रमाणावरील अस्थिरतांकडे निर्देश करतात, एक गाभ्यात आणि एक मध्य-त्रिज्येवर; लेखक भर देतात की हे उष्णता-नुकसानाचे परिमाणात्मक भाकीत नाही.

लक्षात ठेवण्याजोग्या गोष्टी

मध्यवर्ती तापमानासोबत काही अटी आहेत, ज्या लेखक स्पष्टपणे मांडतात. इतक्या कमी घनतेत मोजमाप गोंगाटयुक्त असते; ते असे गृहीत धरते की इलेक्ट्रॉन्स सामान्य औष्णिक वितरणाचे पालन करतात, आणि मायक्रोवेव्ह्जमुळे निर्माण होऊ शकणारे “अऔष्णिक” वेगवान इलेक्ट्रॉन्स वेगळे ओळखले गेलेले नाहीत. प्लाझ्मातील अशुद्धींची पातळी गृहीत धरली होती, मोजली नव्हती.

एक हितसंबंधांचा संघर्षही नोंदवण्याजोगा आहे. लेखक EXL-50U चालवणाऱ्या ENN Fusion या खासगी कंपनीशी संलग्न आहेत, आणि या कामाला ENN च्या एका कंपनीने निधी दिला. ते कोणताही संघर्ष नसल्याचे जाहीर करतात आणि निधी देणाऱ्याची अभ्यासात कोणतीही भूमिका नव्हती असे सांगतात. तरीही, ही एक कंपनी स्वतःच्याच यंत्राच्या कामगिरीतील टप्प्याची माहिती देत आहे, आणि तीही समीक्षकांकडून न तपासलेल्या एका लहान प्रीप्रिंटमध्ये.