Fuzja jądrowa to naturalny proces zachodzący w gwiazdach takich jak Słońce, w którym jądra wodoru są pobierane i łączone w hel, uwalniając w tym procesie ogromne ilości energii. Nazywana „świętym Graalem” źródłem energii, fuzja może generować ponad cztery miliony razy więcej energii uwalnianej przez równoważną reakcję chemiczną – taką jak spalanie węgla, ropy naftowej lub gazu – i czterokrotnie większe rozszczepienie jądrowe, które obejmuje rozszczepianie atomów.
Fuzja wymaga niezwykle wysokich temperatur i ciśnień, które powstają w gwiazdach w wyniku ich ogromnej masy i przyciągania grawitacyjnego.
Osiągnięcie takich samych warunków na Ziemi wymaga uwięzienia przegrzanej plazmy — naładowanego stanu materii złożonego ze swobodnych elektronów i jądra atomowego — wewnątrz okrągłego pola magnetycznego w kształcie placka w maszynie zwanej tokamakiem.
Wiadomo jednak, że urządzenia te ulegają zastanawiającym cieplnie awariom, po których następują duże zakłócenia plazmy, które mogą uszkodzić otaczający reaktor.
W swoich badaniach dr Min-Gu Yu z Laboratorium Fizyki Plazmy w Princeton Departamentu Energii USA wraz z kolegami śledzą to załamanie w trójwymiarowym zaburzeniu pól magnetycznych, które ograniczają przegrzaną plazmę.
„Zaproponowaliśmy nowy sposób zrozumienia linii pola, które zwykle były pomijane lub słabo rozwinięte w poprzednich badaniach” – powiedział dr Yu.
Dzięki eksperymentalnym symulacjom zespół odkrył, że plazma była w stanie szybko wydostać się z zamknięcia, jeśli pole magnetyczne zostało zakłócone przez niestabilność plazmy.
Uwolniona z magnetycznego więzienia plazma o temperaturze miliona stopni może uderzać w ściany otaczającego reaktora termojądrowego i powodować ogromne zniszczenia.
Współautor artykułu i inny fizyk plazmowy Weixing Wang powiedział: „W głównym stanie perturbacji linie pola stają się całkowicie turbulentne, jak spaghetti i szybko łączą się ze ścianą.
„To sprowadza ogromną energię cieplną plazmy na ścianę”.
To, co wcześniej było nieznane, to tak zwana „struktura” – lub trójwymiarowy kształt – jaki przyjmują linie pola magnetycznego, gdy są zaburzone turbulentną niestabilnością plazmy fuzyjnej.
Naukowcy odkryli, że turbulentna topologia tworzy „małe wzgórza i doliny”. Te ostatnie zatrzymują cząstki plazmy, podczas gdy grzbiety pozwalają im „toczyć się” i oddziaływać na ściany otaczającego reaktora tokamaka.
Czytaj więcej: Wielka Brytania przygotowuje się do wyjścia Wielkiej Brytanii z Unii Europejskiej w celu wprowadzenia na rynek syntezy jądrowej z amerykańską umową
To, co utrudnia zrozumienie topologii, powiedział dr Yu, to złożona natura interakcji między polami elektrycznymi i magnetycznymi w reaktorze.
Doszedł do wniosku: „Te badania dostarczają nowych fizycznych wglądów w to, w jaki sposób plazma traci energię w kierunku ściany, gdy istnieją otwarte linie pola magnetycznego.
„Nowe zrozumienie będzie kluczowe dla znalezienia innowacyjnych sposobów łagodzenia lub unikania w przyszłości chłodzenia termicznego i zaburzeń plazmy”.
Pełne wyniki badania zostały opublikowane w czasopiśmie Fizyka plazmy.
„Certyfikowany guru kulinarny. Internetowy maniak. Miłośnik bekonu. Miłośnik telewizji. Zapalony pisarz. Gracz.”
More Stories
Firma zajmująca się planowaniem powierzchni handlowych CADS postrzega technologię jako odpowiedź na Święta Wielkanocne i inne sezonowe wyzwania w 2024 r. — Retail Technology Innovation Hub
Astronomowie odkryli, że woda unosi się w części przestrzeni, która tworzy planetę
Tęskniłam za nim bardzo długo! Satelita NASA i martwy rosyjski statek kosmiczny zbliżają się do siebie na swojej orbicie