Natuurkundigen van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse ministerie van Energie hebben een belangrijke stap gezet in de richting van
Waarom is het zo belangrijk om kernfusie te realiseren?
Kernfusie is een fysiek procesdrijft onze zon aan. Het komt voor wanneer atomen bij extreem hoge temperaturen en drukken samen worden gedrukt, waardoor ze enorme hoeveelheden energie vrijgeven door te fuseren met zwaardere atomen.
Wetenschappers over de hele wereld werken eraanhet proces van atoomfusie op aarde vastleggen en sturen om een schone, koolstofvrije en mogelijk onuitputtelijke energiebron te ontwikkelen. Ze hebben al verschillende pogingen ondernomen, maar slechts voor een paar seconden. Eén reden is thermische ineenstorting.
Waarom treedt thermische ineenstorting op en wat is het?
Een probleem waar wetenschappers zich voorheen niet van bewust waren in hun studie van thermische ineenstorting, is de driedimensionale vorm of topologie van de grillige veldlijnen die worden veroorzaakt door turbulente instabiliteit.
Foto: Rsvilkoks, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Ze veroorzaakte de creatie van kleine "heuvels"en ‘valleien’, waar sommige deeltjes worden vastgehouden terwijl andere ‘heuvels’ naar beneden rollen en tegen de wanden van het object botsen. Het bestaan van deze ‘heuvels’ veroorzaakt een snelle daling van de temperatuur, de zogenaamde thermische uitdoving.
In een nieuwe studie hebben wetenschappers getraceerdineenstorting tot een driedimensionale wanorde van sterke magnetische velden. Ze worden in thermonucleaire installaties gebruikt als vervanging voor de krachtige zwaartekracht, die fusiereacties in hemellichamen in stand houdt, bijvoorbeeld in de zon.
In laboratoriumexperimenten zijn deze velden echter wel aanwezigverstoord als gevolg van plasma-instabiliteit. Bij een ernstige overtreding raken de veldlijnen volledig in de war, ‘in de war als spaghetti’, schrijven de wetenschappers. Hierdoor “plakken” een groot aantal deeltjes aan de wand van de tokamak. De resulterende hitte kan de wanden van de fusie-installatie beschadigen.
Wat hebben de wetenschappers gedaan?
Als onderdeel van een nieuwe studie, wetenschappersontdekt hoe je een speciale kaart kunt maken om de topologie van hoogspanningslijnen te begrijpen. Dit egaliseert de magnetische “heuvels”. Zonder hen zouden de meeste elektronen gevangen zitten en niet in staat zijn de thermische uitdoving te veroorzaken die in experimenten wordt waargenomen.
Zo simuleerden wetenschappers de topologie van thermischkoeling als een complexe driedimensionale structuur. Ze vermeden met name de oversimplificaties die natuurkundigen zo vaak misleiden. Deze topologie is notoir moeilijk te begrijpen vanwege de complexe interactie tussen elektrische en magnetische velden. PPPL-onderzoekers gebruikten de GTS-code van het Lab om deze te begrijpen.
Hoe werkt het?
De code modelleert het effect van turbulentieinstabiliteit op deeltjesbeweging. Het laat zien hoe het elektrische veld dat in de installaties wordt gecreëerd deeltjes tussen de magnetische veldlijnen gooit en vervolgens bijdraagt aan de resulterende beweging van de gevangen deeltjes. Dit is wat leidt tot thermische uitdoving.
Waarom is dit belangrijk?
Nieuwe studie verklaart in termen vannatuurkunde, hoe plasma energie verliest in de richting van de muur in de aanwezigheid van magnetische veldlijnen. Dit is erg handig voor het vinden van innovatieve manieren om thermische uitdoving en plasma-afbraak in de toekomst te verminderen of te voorkomen.
Lees verder:
Het bleek wat er met het menselijk brein gebeurt na een uur in het bos
Het werd bekend welke thee eiwitten in de hersenen vernietigt
Vreemde zeedieren in de diepten van de oceaan bleken op mensen te lijken
Omslagfoto: Eye Steel Film