Physiker des Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) des US-Energieministeriums haben einen wichtigen Schritt in diese Richtung gemacht
Warum ist es so wichtig, Kernfusion zu erreichen?
Die Kernfusion ist ein physikalischer Prozesstreibt unsere Sonne an. Es entsteht, wenn Atome bei extrem hohen Temperaturen und Drücken zusammengepresst werden, wodurch sie durch die Verschmelzung mit schwereren Atomen enorme Energiemengen freisetzen.
Wissenschaftler auf der ganzen Welt arbeiten daranDen Prozess der Atomfusion auf der Erde einfangen und steuern, um eine saubere, kohlenstofffreie und möglicherweise unerschöpfliche Energiequelle zu entwickeln. Sie haben bereits mehrere Versuche unternommen, allerdings nur für ein paar Sekunden. Ein Grund ist der thermische Kollaps.
Warum kommt es zum thermischen Kollaps und was ist das?
Ein Problem, das Wissenschaftlern bei ihrer Untersuchung des thermischen Kollapses bisher nicht bewusst war, ist die dreidimensionale Form oder Topologie der unregelmäßigen Feldlinien, die durch turbulente Instabilität verursacht werden.
Foto: Rsvilkoks, CC BY-SA 4.0, über Wikimedia Commons
Sie verursachte die Entstehung winziger „Hügel“und „Täler“, in denen einige Partikel zurückgehalten werden, während andere „Hügel“ hinunterrollen und auf die Wände des Objekts prallen. Die Existenz dieser „Hügel“ führt zu einem schnellen Temperaturkollaps, dem sogenannten thermischen Abschrecken.
In einer neuen Studie haben Wissenschaftler nachgespürtZusammenbruch zur dreidimensionalen Unordnung starker Magnetfelder. Sie werden in thermonuklearen Anlagen als Ersatz für die starke Schwerkraft eingesetzt, die Fusionsreaktionen in Himmelskörpern, beispielsweise in der Sonne, auslöst.
Allerdings wurden diese Felder in Laborexperimenten untersuchtaufgrund von Plasmainstabilität gestört. Bei einem gravierenden Verstoß geraten die Feldlinien völlig durcheinander, „wirren durcheinander wie Spaghetti“, schreiben die Wissenschaftler. Dadurch „kleben“ viele Partikel an der Wand des Tokamaks. Die dabei entstehende Hitze kann die Wände der Fusionsanlage beschädigen.
Was haben die Wissenschaftler getan?
Im Rahmen einer neuen Studie haben WissenschaftlerIch habe herausgefunden, wie man eine spezielle Karte erstellt, um die Topologie von Stromleitungen zu verstehen. Dadurch werden die magnetischen „Hügel“ eingeebnet. Ohne sie wären die meisten Elektronen gefangen und könnten nicht die in Experimenten beobachtete thermische Löschung verursachen.
So simulierten Wissenschaftler die Topologie der ThermikKühlung als komplexe dreidimensionale Struktur. Insbesondere haben sie die übermäßigen Vereinfachungen vermieden, die Physiker so oft in die Irre führen. Diese Topologie ist aufgrund der komplexen Wechselwirkung zwischen elektrischen und magnetischen Feldern bekanntermaßen schwer zu verstehen. PPPL-Forscher verwendeten den GTS-Code des Labors, um sie zu verstehen.
Wie funktioniert das?
Der Code modelliert den Effekt von turbulentInstabilität bei Teilchenbewegung. Es zeigt, wie das in den Installationen erzeugte elektrische Feld Partikel zwischen die magnetischen Feldlinien schleudert und dann zur resultierenden Bewegung der eingefangenen Partikel beiträgt. Dies führt zur thermischen Abschreckung.
Warum ist das wichtig?
Neue Studie erklärt in Bezug aufPhysik, wie Plasma in Gegenwart von Magnetfeldlinien Energie in Richtung der Wand verliert. Dies ist sehr nützlich, um innovative Wege zu finden, um thermisches Abschrecken und Plasmazerfall in der Zukunft zu mindern oder zu verhindern.
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