Füzyon Reaksiyonlarını Stabilize Edebilen Beklenmedik Elektrik Akımı Keşfedildi

0
17
Bir sanatçının tokamak füzyon tesisinden akan elektrik akımını canlandırması. Kredi: Elle Starkman / PPPL İletişim Ofisi

Elektrik akımı, evlere güç sağlamaktan füzyon reaksiyonlarını besleyen plazmayı kontrol etmeye ve muhtemelen büyük kozmik manyetik alanlara yol açmaya kadar her yerde. Şimdi, ABD Enerji Bakanlığı’nın (DOE) Princeton Plazma Fizik Laboratuvarı’ndaki ( PPPL ) bilim adamları, elektrik akımlarının daha önce bilinmeyen şekillerde oluşabileceğini keşfettiler. Yeni bulgular, araştırmacılara güneşi ve yıldızları Dünya’ya yönlendiren füzyon enerjisini getirme konusunda daha fazla yetenek verebilir.

Princeton Üniversitesi’nin Plazma Fiziği Programı’nda yüksek lisans öğrencisi ve Fizik’te öne çıkan bir makale olarak seçilen bir makalenin baş yazarı Ian Ochs, Plazmalar, “Hangi işlemlerin plazmada elektrik akımları ürettiğini ve hangi olayların bunlara müdahale edebileceğini anlamak çok önemlidir” dedi. “Manyetik füzyon araştırmalarında plazmayı kontrol etmek için kullandığımız birincil araç bunlar.”

Füzyon, hafif elementleri plazma biçiminde – serbest elektronlardan ve atomik çekirdeklerden oluşan maddenin sıcak, yüklü hali – muazzam miktarda enerji üreten bir şekilde parçalayan bir süreçtir. Bilim adamları, elektrik üretmek için neredeyse tükenmez bir güç kaynağı için füzyonu kopyalamaya çalışıyorlar.

Tokamaks olarak bilinen halka şeklindeki füzyon tesislerinde plazmada beklenmedik akımlar ortaya çıkar. Akımlar, radyo ve mikrodalga fırınların yaydıkları gibi belirli bir elektromanyetik dalga türü kendiliğinden oluştuğunda gelişir. Ochs, bu dalgaların “dalgayı sörf tahtasındaki sörfçüler gibi süren hareket eden elektronların bir kısmını itiyor” dedi.

Yüksek lisans öğrencisi Ian Ochs. Kredi bilgileri: Elle Starkman

Ancak bu dalgaların frekansları önemlidir. Frekans yüksek olduğunda, dalga bazı elektronların ileri, bazılarının da geri hareket etmesine neden olur. İki hareket birbirini iptal eder ve akım oluşmaz.

Bununla birlikte, frekans düşük olduğunda, dalgalar elektronları ileri ve atom çekirdeği veya iyonları geri iter ve sonuçta net bir elektrik akımı oluşturur. Ochs, araştırmacıların, düşük frekanslı dalga havadaki ses dalgalarına benzeyen “iyon akustik dalgası” olarak adlandırılan belirli bir tür olduğunda şaşırtıcı bir şekilde bu akımları yaratabileceklerini keşfetti.

Bu bulgunun önemi, laboratuvarın nispeten küçük ölçeğinden kozmosun geniş ölçeğine kadar uzanır. Ochs, “Evrende galaksilerin boyutları da dahil olmak üzere farklı ölçeklerde manyetik alanlar var ve oraya nasıl geldiklerini gerçekten bilmiyoruz” dedi. “Keşfettiğimiz mekanizma kozmik manyetik alanların tohumlanmasına yardımcı olabilirdi ve manyetik alanlar üretebilen her yeni mekanizma astrofizik topluluğu için ilginçtir.”

Plazma Fiziği Programının yöneticisi PPPL fizikçisi Nathaniel Fisch. Kredi bilgileri: Elle Starkman

Kalem-kağıt hesaplamalarının sonuçları, bilim insanlarına elektronların doğrudan etkileşime girmediği, geliştiği ve büyüdüğü bu akımların nasıl oluştuğunu hesaplama yeteneği veren matematiksel ifadelerden oluşuyor. Ochs, “Bu ifadelerin formülasyonu kolay değildi” dedi. “Bulguları yeterince net olacak şekilde yoğunlaştırmalı ve temel fiziği yakalamak için basit ifadeler kullanmalıydık.”

Sonuçlar, temel bir fiziksel fenomenin anlaşılmasını derinleştirdi ve aynı zamanda beklenmedikti. Ochs, mevcut sürücülerin elektron çarpışmalarını gerektirdiği şeklindeki geleneksel kavramla çelişiyor gibi görünüyorlar.

“Dalgaların plazmadaki herhangi bir akımı sürükleyip sürükleyemeyeceği sorusu aslında çok derindir ve plazmadaki dalgaların temel etkileşimlerine kadar gider,” diyor Astrofizik Bilimler Bölümü’nde profesör ve yardımcı başkan olan makalenin yazarlarından Nathaniel Fisch ve Plazma Fiziği Programının direktörü. “Ochs’un matematiksel titizlikle ustaca, didaktik tarzda türetilenleri, yalnızca bu etkilerin bazen nasıl dengelendiği değil, aynı zamanda bu etkilerin bazen net elektrik akımlarının oluşumuna izin vermek için nasıl komplo kurduğu da oldu.”

Bu bulgular gelecekteki araştırmalar için zemin hazırlıyor. “Beni özellikle heyecanlandıran şey,” dedi Fisch, “Ochs’un inşa ettiği matematiksel biçimciliğin, elde ettiği fiziksel sezgiler ve içgörülerle birlikte, şimdi onu ya meydan okuyacak ya da hatta sağlam bir temel oluşturacak bir konuma getirmesi. dalgaların plazmadaki rezonant parçacıklarla etkileşimlerinde daha ilginç davranış. “

Referans: Ian E. Ochsa ve Nathaniel J. Fisch, 22 Haziran 2020, Physics of Plasmas. “Manyetik olmayan, çarpışmasız bir plazmada elektrostatik dalgaların oluşturduğu momentum değişimli akım sürücüsü”.
DOI: 10.1063 / 5.0011516


YORUM YAP

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz