فیزیکدانان گرده افشانی متقابل از تکنیک های جدید برای بهبود طراحی تاسیساتی استفاده می کنند که هدف آنها جذب انرژی همجوشی است


خبر – فیزیکدانان مانند زنبورها هستند – آنها می توانند گرده افشانی متقابل را انجام دهند ، از یک منطقه ایده بگیرند و از آنها برای پیشرفت در زمینه های دیگر استفاده کنند. دانشمندان بخش انرژی ایالات متحده (DO) آزمایشگاه فیزیک پرینستون پلاسما (PPPL) تکنیکی را از حوزه ای از فیزیک پلاسما به حوزه دیگر منتقل کرده اند تا طراحی کارآمدتری از آهنرباهای قوی برای تاسیسات همجوشی رزوه ای که به عنوان توکامک شناخته می شوند ، امکان پذیر سازد. این آهنرباها پلاسما را محدود کرده و کنترل می کنند ، چهارمین حالت ماده که 99 درصد جهان قابل مشاهده را تشکیل می دهد و واکنش های همجوشی را تغذیه می کند.

طراحی این آهن ربا ساده نیست ، به ویژه هنگامی که آنها باید به طور دقیق برای ایجاد میدان های مغناطیسی پیچیده و سه بعدی برای کنترل ناپایداری های پلاسما شکل بگیرند. بنابراین ، مناسب است که این تکنیک جدید از دانشمندان طراحی کننده دستگاههای همجوشی ستاره ای و خشن شکل گرفته باشد که به چنین آهن رباهایی احتیاج دارند. به عبارت دیگر ، دانشمندان PPPL از یک کد کامپیوتری ستاره ای برای تصور 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 رویکرد می تواند ساخت تاسیسات همجوشی توکاماک را که نیروی خورشید و ستارگان را به زمین می رساند ، تسهیل کند. نیک لوگان ، فیزیکدان آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور DOE که این تحقیقات را در زمان PPPL انجام می داد ، گفت: “در گذشته ، این یک سفر کشف بود.” “ما مجبور شدیم چیزی بسازیم ، آن را آزمایش کنیم و از داده ها برای یادگیری نحوه طراحی آزمایش بعدی استفاده کنیم. اکنون می توانیم از این ابزارهای رایانه ای جدید برای طراحی راحت تر این آهنرباها با استفاده از اصول جمع آوری شده از سال ها تحقیقات علمی استفاده کنیم.” در مقاله ای منتشر شده در 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 متشکل از الکترون های آزاد و هسته های اتمی – که مقادیر زیادی انرژی تولید می کند. دانشمندان به دنبال تکرار همجوشی روی زمین هستند تا بتوانند یک منبع انرژی تمام نشدنی برای تولید برق تولید کنند.

این یافته ها می توانند با جبران عدم دقت که هنگام تبدیل یک ماشین از یک طرح نظری به یک شیء واقعی ایجاد می شود یا با استفاده از میدان های مغناطیسی سه بعدی دقیق کنترل شده برای سرکوب ناپایداری های پلاسما ، به ساخت توکامک کمک کند. لوگان می گوید: “واقعیت ساخت هر چیزی این است که کامل نیست.” وی گفت: آهنرباهایی که ما با استفاده از این تکنیک ستاره ای طراحی می کنیم می تواند برخی از بی نظمی هایی را که در میدان های مغناطیسی رخ می دهد برطرف کرده و ناپایداری ها را کنترل کند.

لوگان و همکارانش همچنین دریافتند که این آهنرباها می توانند روی پلاسما عمل کنند حتی زمانی که در فاصله نسبتاً زیادی تا چندین متر از دیواره توکامک قرار گیرند. لوگان می گوید: “این خبر خوبی است زیرا هرچه آهنرباهای پلاسما نزدیکتر باشند ، طراحی آنها برای برآوردن شرایط سخت نزدیک راکتورهای همجوشی سخت تر است.” “هرچه تجهیزات بیشتری بتوانیم در فاصله توکامک قرار دهیم ، بهتر است.”

این تکنیک بر FOCUS متکی است ، یک کد رایانه ای که عمدتاً توسط فیزیکدان PPPL Caoxiang Zhu ، دانشمند بهینه سازی ستارگان ، برای طراحی آهن رباهای پیچیده برای تاسیسات استلایزر ایجاد شده است. ژو گفت: “هنگامی که من به عنوان یک دانشجوی فوق دکتری در PPPL FOCUS را ایجاد می کردم ، نیک لوگان با ارائه پوستر من در کنفرانس انجمن فیزیک آمریکا کنار رفت.” “بعداً گفتگویی انجام دادیم و متوجه شدیم فرصتی برای اعمال کد FOCUS در پروژه های tokamak وجود دارد.”

همکاری بین زمینه های فرعی مختلف هیجان انگیز است. ژو خاطرنشان کرد: خوشحالم که می بینم کد من می تواند در طیف وسیع تری از آزمایش ها گسترش یابد. “من فکر می کنم این یک ارتباط زیبا بین دنیای توکاماک و ستارگان است.”

علیرغم اینکه دومین مرکز همجوشی پشت توکامک ها است ، اما از ستاره های ستاره ای به طور فزاینده ای استفاده می شود زیرا تمایل به ایجاد پلاسمای پایدار دارند. توکاماک ها در حال حاضر اولین انتخاب برای طراحی یک راکتور 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 توکاماک های مختلف در سراسر جهان استفاده می کنند. این فهرست شامل COMPASS-U ، توکاماکی است که توسط آکادمی علوم چک اداره می شود. و مرکز ابررسانای تحقیقات پیشرفته Tokamak کره (KSTAR).

لوگان گفت: “این یک کار بسیار کاربردی است که کاربردهای عملی دارد و ما مطمئناً تعدادی شرکت کننده داریم.” “من فکر می کنم نتایج برای آینده طراحی توکامک مفید خواهد بود.”

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

PPPL ، در پردیس جنگلداری دانشگاه پرینستون در پلینزبورو ، نیوجرسی ، به ایجاد بینش جدیدی در زمینه فیزیک پلاسما (گازهای بسیار داغ ، شارژ شده) و توسعه راه حل های عملی برای ایجاد انرژی همجوشی اختصاص دارد. این آزمایشگاه توسط دانشگاه اداره می شود و دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده است ، که بزرگترین مدافع تحقیقات بنیادی علوم فیزیکی در ایالات متحده است و در تلاش است تا برخی از فوری ترین چالش های زمان ما را برطرف کند. برای کسب اطلاعات بیشتر ، به https://energy.gov/science مراجعه کنید



دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *