Wetenschappers stellen een oplossing voor voor een lang raadselachtig fusieprobleem

Natuurkundige Stephen Jardine met foto’s van zijn voorgestelde oplossing. Krediet: Elle Starkman/PPPL Office of Communications/Kiran Sudarsanan

De paradox heeft wetenschappers van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) meer dan een dozijn jaar geleden verbaasd. Hoe meer warmte er wordt afgegeven aan een bolvormige tokamak, een magnetische faciliteit die is ontworpen om de fusie-energie te reproduceren die de zon en de sterren aandrijft, hoe lager de centrale temperatuur.


grote puzzel

Stephen Jardine, voorzitter van de Computational Science and Theory-groep die de berekeningen uitvoerde, en hoofdauteur van een voorgestelde interpretatie gepubliceerd in fysieke beoordelingsberichten. “Dus dit was een groot mysterie: waarom gebeurt dit?”

Het oplossen van de puzzel zou kunnen bijdragen aan inspanningen over de hele wereld om kernfusie op aarde te creëren en te beheersen om een ​​bijna onuitputtelijke bron van veilige, schone, koolstofvrije energie voor elektriciteitsopwekking te produceren en tegelijkertijd de klimaatverandering te bestrijden. Fusion combineert de elementen van licht in de vorm van plasma enorme hoeveelheden energie vrij te maken.

Door recente computersimulaties met hoge resolutie hebben Jardine en collega’s aangetoond waardoor de temperatuur constant kan blijven of zelfs kan dalen in het centrum van het plasma dat fusiereacties aanwakkert, zelfs als de verwarmingsenergie toeneemt. Een toename van energie verhoogt ook de druk in het plasma tot het punt waarop het plasma onstabiel wordt en de beweging van het plasma de temperatuur afvlakt.

“Deze simulatie verklaart waarschijnlijk een experimentele waarneming die meer dan 12 jaar geleden is gedaan,” zei Jardine. “De resultaten geven aan dat bij het ontwerpen en uitvoeren van sferische tokamak-experimenten ervoor moet worden gezorgd dat de plasmadruk bepaalde kritische waarden op bepaalde locaties in [facility]”En we hebben nu een manier om deze waarden te bepalen via een computersimulatie”, zei hij.

De bevindingen benadrukken een grote hindernis die onderzoekers moeten vermijden bij het reproduceren van fusiereacties in bolvormige tokamaks – apparaten die meer op gebeitelde appels lijken dan de veelgebruikte conventionele tokamaks. Sferische apparaten produceren kosteneffectieve magnetische velden en zijn kandidaten om modellen te worden voor een experimentele fusiecentrale.

De onderzoekers simuleerden eerdere experimenten op het National Spherical Torus Experiment (NSTX), de belangrijkste fusiefaciliteit bij PPPL die sindsdien is geüpgraded, en waar het raadselachtige gedrag van het plasma is waargenomen. De resultaten kwamen grotendeels overeen met die gevonden in de NSTX-experimenten.

“Via NSTX hebben we de gegevens verkregen en via een DOE-programma genaamd SciDAC [Scientific Discovery through Advanced Computing] “We hebben de computercode ontwikkeld die we gebruikten,” zei Jardine.

“SciDAC is zeer effectief geweest bij het ontwikkelen van de code”, zegt natuurkundige en co-auteur Nate Ferraro van PPPL.

Gedetecteerd mechanisme:

Het ontdekte mechanisme veroorzaakte een toename van de druk op bepaalde locaties om de interfererende magnetische oppervlakken te breken die werden gevormd door de magnetische velden die zich rond de tokamak wikkelen om het plasma op te sluiten. Door de dissociatie daalde de temperatuur van de elektronen in het plasma, waardoor de temperatuur in het centrum van het hete, geladen gas niet steeg naar fusieGerelateerde niveaus.

“Dus wat we nu denken, is dat wanneer de injectoren worden opgetild straalkracht “Je verhoogt ook de druk van het plasma en je komt op een bepaald punt waar de druk de magnetische oppervlakken nabij het midden van de tokamak begint te vernietigen, en daarom stopt de temperatuur met stijgen,” zei Jardine.

Dit mechanisme kan algemeen zijn in sferische tokamaks, zei hij, en in de toekomst moet rekening worden gehouden met de mogelijke vernietiging van oppervlakken. bolvormige tokamak gepland geweest.

Jardin is van plan het proces verder te onderzoeken om de vernietiging van magnetische oppervlakken beter te begrijpen en waarom het waarschijnlijk meer bolvormig lijkt dan conventioneel Tocamex. Hij werd ook uitgenodigd om zijn bevindingen te presenteren op de jaarlijkse bijeenkomst van de American Physical Society-Department of Plasma Physics (APS-DPP) in oktober, waar vroege wetenschappers konden worden aangesteld om dit probleem aan te pakken en het voorgestelde mechanisme uit te werken.


Moderne computercode zou de inspanningen om fusiekracht te benutten kunnen stimuleren


meer informatie:
SC Jardin et al, Ideal MHD Limited Electron Temperature in sferische tokamaks, fysieke beoordelingsberichten (2022). DOI: 10.1103/ PhysRevLett.128.245001

de Quote: Wetenschappers stellen oplossing voor lang raadselachtig fusieprobleem voor (2022, 13 juli) Ontvangen op 14 juli 2022 van https://phys.org/news/2022-07-scientists-solution-long-puzzling-fusion-problem.html

Op dit document rust copyright. Niettegenstaande elke eerlijke handel met het oog op eigen studie of onderzoek, mag geen enkel deel worden gereproduceerd zonder schriftelijke toestemming. De inhoud is uitsluitend bedoeld voor informatieve doeleinden.

READ  COVID-19-gevallen in Australië vestigen een nieuw record terwijl het debat woedt over 'heropening'

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *