ఒక చిన్న ఫ్యూజన్ యంత్రంలోని ఎలక్ట్రాన్లకు 10 కోట్ల డిగ్రీలు

తనంతట తానే “మండే” భవిష్యత్ ఫ్యూజన్ రియాక్టర్‌లో, ఫ్యూజన్ ద్వారా ఉత్పత్తయ్యే ఆల్ఫా కణాలు ఢీకొనడాల ద్వారా తమ శక్తిలో ఎక్కువ భాగాన్ని ప్లాస్మాలోని ఎలక్ట్రాన్లకు ఇస్తాయి. ఆ ఎలక్ట్రాన్లు ఎంత వేడెక్కుతాయి, వాటి వేడి ఎంత వేగంగా కారిపోతుంది అనేవి రియాక్టర్ ఎంత బాగా పనిచేస్తుందో చాలావరకు నిర్ణయిస్తాయి.

ఎలక్ట్రాన్లను నేరుగా వేడి చేసే ఒక మార్గం మైక్రోవేవ్‌లు: ఎలక్ట్రాన్ సైక్లోట్రాన్ రెజొనెన్స్ హీటింగ్, లేదా ECRH. భవిష్యత్ చిన్న ఫ్యూజన్ పరికరాల్లో దీని ప్రాముఖ్యత మరింత పెరుగుతుందని భావిస్తున్నారు. అయినా స్ఫెరికల్ టోరస్‌లపై — అయస్కాంత క్షేత్రంలో ప్లాస్మాను బంధించే చాలా చిన్న పరికరాలు — జరిగిన ప్రయోగాలు ఎక్కువగా వేగవంతమైన తటస్థ కణాల పుంజాలతో వేడి చేసినవి, వేడి అయాన్లతో అధ్యయనం చేసినవి. వేడి ఎలక్ట్రాన్లను దాదాపు మైక్రోవేవ్‌లతో మాత్రమే వేడి చేసే ప్లాస్మాలు ఇప్పటికీ చాలావరకు అన్వేషించబడలేదని రచయితలు రాశారు.

షాట్ 18325

బీజింగ్‌లోని ENN Fusion సంస్థ నడిపే స్ఫెరికల్ టోరస్ EXL-50U బృందానికి చెందిన గ్వాంగ్ యాంగ్, యుయెజియాంగ్ షి అలాంటి ఒక డిస్చార్జ్‌ను నివేదించారు. షాట్ 18325 సమయంలో, ప్లాస్మా సుమారు 500 కిలోయాంపియర్ల ప్రవాహాన్ని మోసింది, దాన్ని కేవలం 50 గిగాహెర్ట్జ్ మైక్రోవేవ్‌లతోనే వేడి చేశారు, ఒకదాని తర్వాత ఒకటిగా ఉపయోగించిన రెండు వ్యవస్థల నుంచి: 0.5 సెకన్ల వరకు సుమారు 230 కిలోవాట్ల మొదటి లాంచర్, ఆ తర్వాత సుమారు 200 కిలోవాట్ల రెండోది.

• మొదటి లాంచర్ పనిచేస్తున్నంతసేపు, కేంద్రంలోని ఎలక్ట్రాన్లు 2 keV దగ్గరే ఉన్నాయి.
• మార్పు తర్వాత, వాటి ఉష్ణోగ్రత వేగంగా పెరిగింది. 0.60 సెకన్ల వద్ద, ఒక లేజర్ నిర్ధారణ సాధనం (థామ్సన్ పరిక్షేపణం) మధ్యలో సుమారు 10 keV కొలిచింది. దోష పరిమితులు పెద్దవి కాబట్టి, బృందం జాగ్రత్తతో కూడిన కనిష్ఠ పరిమితిగా 8.6 keV — 10 కోట్ల కెల్విన్ — ను తీసుకుంటుంది.
• వేడి దశ సుమారు 150 మిల్లీసెకన్లు కొనసాగింది, ఘనపు మీటరుకు సుమారు 0.4 × 10¹⁹ కణాలు అనే చాలా తక్కువ కేంద్ర సాంద్రత వద్ద, ఆ తర్వాత ప్రవాహం తగ్గుతూ, సాంద్రత పెరుగుతుండగా కుప్పకూలింది.

EXL-50U పై షాట్ 18325: రెండో మైక్రోవేవ్ వ్యవస్థకు మారిన తర్వాత కేంద్ర ఎలక్ట్రాన్ ఉష్ణోగ్రత (ప్యానెల్ a6) 0.6 s దగ్గర గరిష్ఠానికి చేరుతుంది; ప్యానెల్ B తీక్షణమైన శిఖరం గల ఉష్ణోగ్రత ప్రొఫైల్‌ను చూపిస్తుంది. — చిత్రం 1, Yang et al. (2026), arXiv:2610.14684.

మార్పు సమయంలో అందించిన శక్తి దాదాపు మారలేదు కాబట్టి, రెండో లాంచర్ తన శక్తిని ఎక్కడ జమ చేస్తుందనే దానిలో వచ్చిన మార్పుకే ఈ దూకుడును రచయితలు ఆపాదిస్తారు — వారి కిరణ-అనుసరణ (ray-tracing) మోడల్ ప్రకారం, అక్షానికి దూరంగా. ఖచ్చితమైన యంత్రాంగం ఏమిటి, రెండు తరంగాల భిన్నమైన ధ్రువణమే నిర్ణయాత్మక కారణమా అనేవి ఇంకా తేలని ప్రశ్నలు.

వేడి ఎలక్ట్రాన్లు, చల్లని అయాన్లు

ఉష్ణోగ్రత ప్రొఫైల్‌కు బలమైన శిఖరం ఉంది: అంచు వరకు సగం దూరంలో అది సుమారు 1 keV కి పడిపోతుంది, సాంద్రత మాత్రం దాదాపు చదునుగానే ఉంటుంది. వేడి అక్షానికి దగ్గరగా కేంద్రీకృతమై ఉంది.

వేడి కాలవ్యవధిలో అయాన్లను కొలవలేదు. అదే రోజు, ఒక ఎక్స్-కిరణ వర్ణపటమాపకం కేంద్ర అయాన్లు 0.5 keV దగ్గర గుమిగూడి ఉన్నట్టు కనుగొంది, సమీప షాట్లలో సాంద్రత తగ్గుతున్న కొద్దీ ఎలక్ట్రాన్-అయాన్ ఉష్ణోగ్రత నిష్పత్తి పెరిగింది. మరో మాటలో, తక్కువ సాంద్రత వద్ద ఈ ప్లాస్మాలోని ఎలక్ట్రాన్లు, అయాన్లు బలంగా విడిపోయి ఉంటాయి: 10 కోట్ల డిగ్రీలు ఎలక్ట్రాన్లకు మాత్రమే చెందినవి.

వేడి ఎలా బయటకు పోతుందో కూడా బృందం మోడల్ చేసింది. ఎలక్ట్రాన్ల వేడి అత్యంత సరళమైన ఢీకొనడాల సిద్ధాంతం అంచనా వేసిన దాని కంటే 100 నుంచి 10,000 రెట్లు వేగంగా కారిపోతుంది — దీన్ని భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు అసాధారణ రవాణా (anomalous transport) అంటారు — కానీ అక్షానికి చాలా దగ్గరగా ఇది తక్కువగా ఉంటుంది. సిమ్యులేషన్లు రెండు రకాల చిన్న-స్థాయి అస్థిరతలను సూచిస్తాయి, ఒకటి కేంద్రంలో, మరొకటి మధ్య-వ్యాసార్ధం వద్ద; ఇవి వేడి నష్టానికి పరిమాణాత్మక అంచనా కాదని రచయితలు నొక్కి చెబుతారు.

గుర్తుంచుకోవాల్సినవి

కేంద్ర ఉష్ణోగ్రతతో పాటు రచయితలు స్పష్టంగా చెప్పిన కొన్ని షరతులు ఉన్నాయి. ఇంత తక్కువ సాంద్రత వద్ద కొలత శబ్దభరితంగా ఉంటుంది; ఎలక్ట్రాన్లు సాధారణ ఉష్ణ పంపిణీని అనుసరిస్తాయని అది ఊహిస్తుంది, మైక్రోవేవ్‌లు ఉత్పత్తి చేయగల “ఉష్ణేతర” వేగవంతమైన ఎలక్ట్రాన్లను వేరుగా గుర్తించలేదు. ప్లాస్మాలోని మలినాల స్థాయిని ఊహించారు, కొలవలేదు.

గమనించాల్సిన ఒక ప్రయోజనాల సంఘర్షణ కూడా ఉంది. రచయితలు EXL-50U ను నడిపే ప్రైవేట్ సంస్థ ENN Fusion తో అనుబంధం కలిగి ఉన్నారు, ఈ పనికి ఒక ENN సంస్థ నిధులు ఇచ్చింది. తమకు ఎలాంటి సంఘర్షణ లేదని వారు ప్రకటిస్తారు, నిధులిచ్చిన సంస్థకు అధ్యయనంలో ఎలాంటి పాత్ర లేదని తెలిపారు. అయినప్పటికీ, ఇది ఒక సంస్థ తన సొంత యంత్రం సాధించిన పనితీరు మైలురాయిని నివేదిస్తున్నది, అదీ సహచర సమీక్ష (peer review) జరగని ఒక చిన్న ప్రీప్రింట్‌లో.