Yhdysvaltain energiaministeriön Princetonin plasmafysiikan laboratorion (PPPL) fyysikot ovat ottaneet tärkeän askeleen kohti
Miksi ydinfuusion saavuttaminen on niin tärkeää?
Ydinfuusio on fyysinen prosessi, jokatehostaa aurinkoamme. Se tapahtuu, kun atomit pakotetaan yhteen erittäin korkeissa lämpötiloissa ja paineissa, jolloin ne vapauttavat valtavia määriä energiaa fuusioimalla raskaampien atomien kanssa.
Tiedemiehet ympäri maailmaa työskentelevätvangita ja ohjata atomifuusioprosessia maan päällä puhtaan, hiilettömän ja mahdollisesti ehtymättömän energialähteen kehittämiseksi. He ovat jo tehneet useita yrityksiä, mutta vain muutaman sekunnin ajan. Yksi syy on lämpö romahtaminen.
Miksi terminen romahdus tapahtuu ja mitä se on?
Eräs ongelma, josta tiedemiehet eivät ole aiemmin olleet tietoisia termistä romahtamista tutkiessaan, on turbulentin epävakauden aiheuttamien epävakaiden kenttälinjojen kolmiulotteinen muoto tai topologia.
Kuva: Rsvilkoks, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commonsin kautta
Hän aiheutti pienten "kukkulien" luomisenja "laaksot", joissa jotkut hiukkaset jäävät, kun taas toiset vierivät alas "kukkuloista" ja osuvat esineen seiniin. Näiden "kukkulien" olemassaolo aiheuttaa nopean lämpötilan romahtamisen, niin sanotun lämpösammutuksen.
Uudessa tutkimuksessa tutkijat jäljittelivätromahtaa voimakkaiden magneettikenttien kolmiulotteiseksi häiriöksi. Niitä käytetään lämpöydinlaitoksissa korvikkeena voimakkaalle painovoimalle, joka pitää sisällään fuusioreaktioita taivaankappaleissa, esimerkiksi Auringossa.
Kuitenkin laboratoriokokeissa näillä aloillahäiriintynyt plasman epävakauden vuoksi. Vakavan rikkomuksen sattuessa kenttäviivat muuttuvat täysin sekaisiksi ja "takautuvat kuin spagetti", tutkijat kirjoittavat. Tämän vuoksi suuri määrä hiukkasia "tarttuu" tokamakin seinään. Tuloksena oleva lämpö voi vahingoittaa fuusiolaitoksen seiniä.
Mitä tutkijat ovat tehneet?
Osana uutta tutkimusta, tutkijatkeksi kuinka luoda erityinen kartta ymmärtääkseen voimalinjojen topologian. Tämä tasoittaa magneettisia "mäkiä". Ilman niitä useimmat elektronit jäisivät loukkuun eivätkä pystyisi aiheuttamaan kokeissa havaittua lämpösammutusta.
Siten tutkijat simuloivat lämmön topologiaajäähdytys monimutkaisena kolmiulotteisena rakenteena. Erityisesti he välttelivät fyysikoita niin usein harhaanjohtavia liiallisia yksinkertaistuksia. Tätä topologiaa on tunnetusti vaikea ymmärtää sähkö- ja magneettikenttien välisen monimutkaisen vuorovaikutuksen vuoksi. PPPL-tutkijat käyttivät laboratorion GTS-koodia ymmärtääkseen sen .
Miten se toimii?
Koodi mallintaa turbulentin vaikutustaepävakaus hiukkasten liikkeessä. Se osoittaa, kuinka installaatioissa syntyvä sähkökenttä heittää hiukkasia magneettikenttälinjojen väliin ja myötävaikuttaa sitten jääneiden hiukkasten liikkeelle. Tämä johtaa lämpösammutukseen.
Miksi tämä on tärkeää?
Uusi tutkimus selittää kannaltafysiikka, kuinka plasma menettää energiaa seinää kohti magneettikenttälinjojen läsnä ollessa. Tämä on erittäin hyödyllistä etsittäessä innovatiivisia tapoja lieventää tai estää lämpösammutusta ja plasman hajoamista tulevaisuudessa.
Lue lisää:
Kävi ilmi, mitä tapahtuu ihmisen aivoille tunnin kuluttua metsässä
Tuli tiedoksi, mikä tee tuhoaa proteiinia aivoissa
Meren syvyyksissä olevat oudot meriolennot osoittautuivat samanlaisiksi kuin ihmiset
Kansikuva: Eye Steel Film