فیزیکدانان گرده افشانی متقابل از تکنیک جدیدی برای بهبود طراحی تاسیسات با هدف تولید انرژی همجوشی استفاده می کنند


اخبار – فیزیکدانان مانند زنبورها هستند – آنها می توانند یکدیگر را گرده افشانی کنند ، از یک منطقه ایده بگیرند و از آنها برای پیشرفت در زمینه های دیگر استفاده کنند. دانشمندان آزمایشگاه فیزیک پرینستون (PPPL) وزارت نیرو (PPPL) تکنیکی را از ناحیه ای از فیزیک پلاسما به منطقه دیگر منتقل کرده اند تا طراحی کارآمدتر آهنرباهای قوی برای دستگاههای همجوشی شکل دونات معروف به توکاماک را امکان پذیر کند. چنین آهن رباهایی پلاسما را محدود می کنند و کنترل می کنند ، چهارمین حالت فیزیکی که 99 درصد از جهان قابل مشاهده را تشکیل می دهد و واکنش های همجوشی را به پیش می برد.

طراحی این آهن ربا ساده نیست ، به ویژه هنگامی که آنها باید دقیقاً شکل گرفته باشند تا میدانهای مغناطیسی پیچیده و سه بعدی را برای کنترل ناپایداری های پلاسما ایجاد کنند. از این رو ، مناسب است که فناوری جدید از دانشمندان در حال توسعه استلراتورها ، دستگاههای همجوشی کج که به چنین آهنرباهای ساخته شده با دقت احتیاج دارند ، ناشی شود. به عبارت دیگر ، دانشمندان PPPL از کد کامپیوتری stellarator برای تجسم شکل و قدرت آهنرباهای پیچ خورده توکاماک استفاده می کنند که می تواند پلاسماهای توکاماک را تثبیت کرده و در شرایط شدید مورد انتظار در یک راکتور همجوشی زنده بماند.

این دانش می تواند ساخت دستگاههای همجوشی توکاماک را که نیروی خورشید و ستارگان را به زمین می رساند ، تسهیل کند. نیک لوگان ، فیزیکدان آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور DOE که تحقیقات را در زمان خود در PPPL انجام می داد ، گفت: “این در گذشته یک سفر کشف بوده است.” “شما باید چیزی بسازید ، آن را آزمایش کنید و از داده ها برای یادگیری نحوه طراحی آزمایش بعدی استفاده کنید. اکنون ما می توانیم از این ابزارهای محاسباتی جدید برای طراحی راحت تر این آهن رباها با استفاده از اصول برگرفته از سالها تحقیقات علمی استفاده کنیم. “نتایج در مقاله ای منتشر شده در. منتشر شده است سوخت هسته ایبه

همجوشی ، نیرویی که خورشید و ستارگان را به حرکت در می آورد ، عناصر نوری را به شکل پلاسما ترکیب می کند – حالت داغ و باردار ماده که از الکترون های آزاد و هسته های اتمی تشکیل شده است – و مقدار زیادی انرژی ایجاد می کند. دانشمندان در تلاشند تا همجوشی روی زمین را دوباره به دست آورند تا یک منبع انرژی تقریباً تمام نشدنی برای تولید برق به دست آورند.

نتایج می تواند با جبران نادرستی هایی که هنگام انتقال ماشین از یک طرح نظری به یک شیء واقعی رخ می دهد یا با استفاده از میدان های مغناطیسی سه بعدی دقیق کنترل شده برای سرکوب ناپایداری های پلاسما ، به ساخت توکامک ها کمک کند. لوگان می گوید: “واقعیت ساختمان این است که کامل نیست.” “بی نظمی های کوچکی دارد. آهنرباهایی که ما با این فناوری استلراتور ایجاد می کنیم هم می تواند برخی از بی نظمی هایی را که در میدان های مغناطیسی ظاهر می شود برطرف کند و هم ناپایداری ها را کنترل می کند. ”این به میدان مغناطیسی کمک می کند تا پلاسما را تثبیت کند تا گرما و انفجار ذرات بالقوه وجود نداشته باشد.

لوگان و همکارانش دریافتند که این آهنرباها حتی در فاصله نسبتاً زیادی تا چندین متر از دیواره های توکامک می توانند روی پلاسما عمل کنند. لوگان می گوید: “این خبر خوبی است زیرا هرچه آهن ربا به پلاسما نزدیکتر باشد ، طراحی آنها برای شرایط سخت اطراف راکتورهای همجوشی دشوارتر است.” “هرچه تجهیزات بیشتری بتوانیم دور از توکامک قرار دهیم ، بهتر است.”

این تکنیک مبتنی بر FOCUS است ، یک کد رایانه ای که عمدتاً توسط فیزیکدان PPPL Caoxiang Zhu ، دانشمند بهینه سازی ستراتور ، برای طراحی آهن ربا های پیچیده برای سیستمهای استلراتور تهیه شده است. ژو می گوید: “هنگامی که من برای اولین بار FOCUS را به عنوان فوق دکتری در PPPL شروع کردم ، نیک لوگان در ارائه پوستر من در کنفرانس انجمن فیزیک آمریکا متوقف شد.” “بعداً گفتگویی انجام دادیم و دریافتیم که راهی برای اعمال کد FOCUS در پروژه های tokamak وجود دارد.”

همکاری بین مناطق فرعی مختلف هیجان انگیز است. ژو خاطرنشان کرد: “من بسیار هیجان زده هستم که ببینم کد من می تواند به طیف وسیع تری از آزمایش ها گسترش یابد.” “من فکر می کنم این یک ارتباط خوب بین دنیای توکاماک و ستارگان است.”

اگرچه استلراتورها مدتهاست که دستگاه دومی تلفیقی پشت توکاماک ها هستند ، اما امروزه بیشتر و بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند زیرا تمایل به ایجاد پلاسمای پایدار دارند. توکاماک ها در حال حاضر اولین انتخاب برای طراحی راکتورهای همجوشی هستند ، اما پلاسماهای آنها می توانند بی ثباتی ایجاد کنند که می تواند به اجزای داخلی یک راکتور آسیب برساند.

در حال حاضر ، محققان PPPL از این تکنیک جدید برای طراحی و به روز رسانی آهن ربا برای چندین توکامک در سراسر جهان استفاده می کنند. این فهرست شامل COMPASS-U ، توکاماکی است که توسط آکادمی علوم چک اداره می شود. و مرکز فوق پیشرفته تحقیقات توکامک کره (KSTAR).

لوگان می گوید: “این یک مقاله بسیار کاربردی است که کاربردهای عملی دارد ، و ما در واقع تعدادی گیرنده داریم.” “من فکر می کنم نتایج برای آینده طراحی توکامک مفید خواهد بود.”

این تحقیق توسط DOE (Fusion Energy Sciences) پشتیبانی شد.

PPPL ، واقع در پردیس دانشگاه پرینستون در فارستال در پلینزبورو ، نیویورک ، به کشف بینش های جدید در فیزیک پلاسماها – گازهای بسیار داغ و شارژ شده – و توسعه راه حل های عملی برای تولید انرژی همجوشی اختصاص دارد. این آزمایشگاه توسط دانشگاه برای دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده اداره می شود ، که بزرگترین مشارکت کننده ایالات متحده در تحقیقات بنیادی در علوم فیزیکی است و برای رفع برخی از فوری ترین چالش های زمان ما کار می کند. اطلاعات بیشتر را می توانید در https://energy.gov/science پیدا کنید