Fizycy z Laboratorium Fizyki Plazmy w Princeton (PPPL) Departamentu Energii USA wykonali ważny krok w kierunku
Dlaczego osiągnięcie syntezy jądrowej jest tak ważne?
Fuzja jądrowa to proces fizyczny, któryzasila nasze Słońce. Dzieje się tak, gdy atomy łączą się ze sobą w ekstremalnie wysokich temperaturach i ciśnieniach, co powoduje uwolnienie ogromnych ilości energii w wyniku fuzji z cięższymi atomami.
Nad tym pracują naukowcy na całym świecieuchwycić i pokierować procesem syntezy atomowej na Ziemi w celu opracowania czystego, bezemisyjnego i prawdopodobnie niewyczerpanego źródła energii. Podjęli już kilka prób, ale tylko na kilka sekund. Jednym z powodów jest załamanie termiczne.
Dlaczego występuje zapaść termiczna i co to jest?
Jednym z problemów, których naukowcy nie byli wcześniej świadomi w swoich badaniach nad zapadnięciem się termicznym, jest trójwymiarowy kształt lub topologia nieregularnych linii pola spowodowanych turbulentną niestabilnością.
Zdjęcie: Rsvilkoks, CC BY-SA 4.0, za pośrednictwem Wikimedia Commons
Spowodowała powstanie maleńkich „górek”oraz „doliny”, w których niektóre cząsteczki są zatrzymywane, podczas gdy inne toczą się po „wzgórzach” i uderzają w ściany obiektu. Istnienie tych „wzgórz” powoduje gwałtowny spadek temperatury, tzw. hartowanie termiczne.
W nowym badaniu naukowcy prześledzilizapaść się w trójwymiarowy zaburzenie silnych pól magnetycznych. Wykorzystuje się je w instalacjach termojądrowych jako substytut potężnej grawitacji, która podtrzymuje reakcje termojądrowe w ciałach niebieskich, na przykład w Słońcu.
Jednak w eksperymentach laboratoryjnych te polazaburzone z powodu niestabilności plazmy. W przypadku poważnego naruszenia linie pola ulegają całkowitemu nieuporządkowaniu, „splątując się jak spaghetti” – piszą naukowcy. Z tego powodu duża liczba cząstek „przykleja się” do ścianki tokamaka. Powstałe ciepło może uszkodzić ściany urządzenia do stapiania.
Co zrobili naukowcy?
W ramach nowego badania naukowcywymyślił, jak stworzyć specjalną mapę, aby zrozumieć topologię linii energetycznych. To wyrównuje magnetyczne „wzgórza”. Bez nich większość elektronów zostałaby uwięziona i nie byłaby w stanie spowodować wygaszenia termicznego obserwowanego w eksperymentach.
W ten sposób naukowcy dokonali symulacji topologii termicznejchłodzenie jako złożona struktura trójwymiarowa. W szczególności uniknięto nadmiernych uproszczeń, które tak często wprowadzają fizyków w błąd. Ta topologia jest niezwykle trudna do zrozumienia ze względu na złożoną interakcję między polami elektrycznymi i magnetycznymi. Badacze PPPL wykorzystali do jej zrozumienia kod GTS laboratorium.
Jak to działa?
Kod modeluje efekt turbulencjiniestabilność ruchu cząstek. Pokazuje, w jaki sposób pole elektryczne wytworzone w instalacjach wyrzuca cząsteczki między linie pola magnetycznego, a następnie przyczynia się do wynikającego z tego ruchu uwięzionych cząstek. To właśnie prowadzi do hartowania termicznego.
Dlaczego to ważne?
Nowe badanie wyjaśnia pod względemfizyki, jak plazma traci energię w kierunku ściany w obecności linii pola magnetycznego. Jest to bardzo przydatne do znajdowania innowacyjnych sposobów łagodzenia lub zapobiegania hartowaniu termicznemu i rozpadowi plazmy w przyszłości.
Czytaj więcej:
Okazało się, co dzieje się z ludzkim mózgiem po godzinie w lesie
Wiadomo, która herbata niszczy białka w mózgu
Dziwne stworzenia morskie w głębinach oceanu okazały się podobne do ludzi
Zdjęcie na okładce: Eye Steel Film