Fysiker vid det amerikanska energidepartementets Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har tagit ett viktigt steg mot
Varför är det så viktigt att uppnå kärnfusion?
Kärnfusion är en fysisk process somdriver vår sol. Det uppstår när atomer tvingas samman vid extremt höga temperaturer och tryck, vilket får dem att frigöra enorma mängder energi genom att smälta samman med tyngre atomer.
Forskare runt om i världen arbetar för attfånga och styra processen för atomär fusion på jorden för att utveckla en ren, kolfri och möjligen outtömlig energikälla. De har redan gjort flera försök, men bara i några sekunder. En orsak är termisk kollaps.
Varför uppstår termisk kollaps och vad är det?
Ett problem som forskare tidigare varit omedvetna om i sina studier av termisk kollaps är den tredimensionella formen eller topologin hos de oberäkneliga fältlinjerna som orsakas av turbulent instabilitet.
Foto: Rsvilkoks, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Hon orsakade skapandet av små "kullar"och "dalar", där vissa partiklar hålls kvar medan andra rullar ner för "kullar" och stöter på föremålets väggar. Förekomsten av dessa "kullar" orsakar en snabb temperaturkollaps, den så kallade termiska släckningen.
I en ny studie spårade forskarekollaps till tredimensionell störning av starka magnetfält. De används i termonukleära installationer som substitut för kraftfull gravitation, som håller fusionsreaktioner i himlakroppar, till exempel i solen.
Men i laboratorieexperiment dessa områdenstörd på grund av plasmainstabilitet. I händelse av en allvarlig kränkning blir fältlinjerna helt oordnade, "trasslar som spagetti", skriver forskarna. På grund av detta "fastnar" ett stort antal partiklar på tokamaks vägg. Den resulterande värmen kan skada fusionsanläggningens väggar.
Vad har forskarna gjort?
Som en del av en ny studie, forskarekom på hur man skapar en speciell karta för att förstå topologin för kraftledningar. Detta jämnar ut de magnetiska "kullarna". Utan dem skulle de flesta elektroner fångas och skulle inte kunna orsaka den termiska släckning som observerats i experiment.
Således simulerade forskare termisk topologikylning som en komplex tredimensionell struktur. De undvek de alltför förenklingar som så ofta vilseleder fysiker. Denna topologi är notoriskt svår att förstå på grund av den komplexa interaktionen mellan elektriska och magnetiska fält. PPPL-forskare använde labbets GTS-kod för att förstå den.
Hur fungerar det?
Koden modellerar effekten av turbulentinstabilitet vid partikelrörelse. Den visar hur det elektriska fältet som skapas i installationerna kastar partiklar mellan magnetfältslinjerna och sedan bidrar till den resulterande rörelsen av de fångade partiklarna. Det är detta som leder till termisk släckning.
Varför är detta viktigt?
Ny studie förklarar i termer avfysik, hur plasma förlorar energi mot väggen i närvaro av magnetfältslinjer. Detta är mycket användbart för att hitta innovativa sätt att mildra eller förhindra termisk släckning och plasmanedbrytning i framtiden.
Läs mer:
Det visade sig vad som händer med den mänskliga hjärnan efter en timme i skogen
Det blev känt vilket te som förstör protein i hjärnan
Konstiga havsdjur i havets djup visade sig likna människor
Omslagsfoto: Eye Steel Film