Ученые обнаружили механизм, который стабилизирует плазму

Колебания вверх-вниз, найдены во всем: от цен на акции на бирже до океанских волн. При термоядерной реакции они происходят периодически в зависимости от температуры и плотности плазмы, которая подпитывает реакции слияния в сооружениях, называемых токамаками.

Эти колебания иногда могут сочетаться с другими неустойчивостями в плазме, чтобы создать идеальный шторм, который останавливает реакции. Тем не менее, некоторые плазмы свободны от волнообразных колебаний благодаря механизму, который давно озадачил физиков.

Недавно исследователи из Лаборатории плазменной физики Принцтауна (PPPL) в США разработали сложные симуляции процесса, который может показать физику, лежащую в основе этого механизма, которая называется «нагнетанием магнитного потока».

Синтез управляет солнцем и звездами

Термоядерный синтез (Fusion), сила, управляющая солнцем и звездами, представляет собой слияние легких элементов в виде плазмы — горячего заряженного состояния материи, состоящего из свободных электронов и атомных ядер, — которое генерирует огромное количество энергии. Ученые стремятся воспроизвести слияние на Земле для получения практически неисчерпаемого источника энергии.

Механизм потока нагнетания ограничивает течение в сердечнике плазмы, которая завершает магнитное поле и ограничивает горячий, заряженный газ, который вызывает реакции. Это явление, обнаруженное в плазме, удерживает поток от того, чтобы стать достаточно сильным для того, чтобы вызвать волнообразную нестабильность.

Гибридные сценарии

При моделировании накачка магнитного потока развивается в «гибридных сценариях», которые существуют между стандартными режимами — которые включают плазму с высоким удержанием (H-режим) и с низким удержанием (L-режим) — и продвинутыми сценариями, в которых плазма работает в устойчивом состоянии. В гибридных сценариях поток остается плоским в ядре плазмы, в то время как давление плазмы остается достаточно высоким.

  Информационный двигатель работает с почти идеальной эффективностью

Эта комбинация создает так называемый «квази-обменный режим», который действует как смеситель, который возбуждает плазму при деформировании магнитного поля. Он производит мощный эффект, который поддерживает удержанию потока в одной плоскости и препятствует формированию волнообразной неустойчивости. Аналогичный процесс поддерживает магнитное поле, которое защищает Землю от космических лучей, причем расплавленная жидкость в железном сердечнике планеты служит в качестве миксера.

Механизм также регулирует себя, как показывают симуляции. По словам ученых, если нагнетание становится слишком сильным, поток в сердцевине плазмы остается «чуть ниже порога для волнообразной неустойчивости». Оставаясь ниже порогового значения, поток удерживает температуру и плотность плазмы от зигзагов вверх и вниз.

Моделирование может привести к разработке мер, чтобы избежать неприятных колебаний. «Этот механизм может представлять значительный интерес для будущих крупномасштабных экспериментов по термоядерному синтезу, таких как ИТЭР», — говорят исследователи. Для ИТЭР, крупного международного эксперимента по синтезу, который строится во Франции, создание гибридного сценария может привести к откачке потока и сдерживанию волнообразных неустойчивостей.

Один из способов разработки гибридного сценария будет заключаться в том, чтобы операторы ИТЭР экспериментировали со временем нейтральной мощности пучка, который нагревал бы температуру ИТЭР до температур плавления. Такие эксперименты могут привести к сочетанию тока и давления в плазме, что приводит к автоматической работе.

Источник: ab-news.ru

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться для отправки комментария.