وبلاگ

در یک پلاسمای در حال سوختن، حفظ محدودیت در یون های پرانرژی تولید شده توسط همجوشی برای تولید انرژی ضروری است. این پلاسماهای همجوشی حاوی طیف وسیعی از امواج الکترومغناطیسی هستند که می توانند یون های پرانرژی را از پلاسما خارج کنند.

این امر گرمایش پلاسما را از محصولات واکنش همجوشی کاهش می دهد و به حالت سوختن پلاسما پایان می دهد. اندازه‌گیری‌های اخیر در مرکز ملی فیوژن DIII-D اولین مشاهدات مستقیم را ارائه می‌کند یون های پر انرژی حرکت در فضا و انرژی در یک توکامک.

محققان این اندازه گیری ها را با مدل های کامپیوتری پیشرفته امواج الکترومغناطیسی و نحوه تعامل آنها با یون های پر انرژی ترکیب کردند. نتایج درک بهتری از تعامل بین امواج پلاسما و یون‌های پرانرژی در پلاسمای همجوشی فراهم می‌کند.

تحقیقات در فیزیک پلاسما و همجوشی از امکانات تجربی به پروژه های نیروگاهی نمایشی در حال حرکت است. برای موفقیت این حرکت، محققان به شبیه‌سازی‌های دقیق و ابزارهای دیگری نیاز دارند که عملکرد طراحی نیروگاه‌ها را پیش‌بینی کند. اکثر تاسیسات مدرن پلاسمای سوختنی تولید نمی کنند.

با این حال، محققان بسیاری از فیزیک درگیر را درک می کنند و شبیه سازی هایی را برای بازتولید رفتار تجربی مشاهده شده توسعه می دهند. تحقیق فعلی اندازه گیری های جدیدی از جریان یون پرانرژی در توکامک DIII-D انجام داد. این امر توسعه مدل‌هایی را تسریع می‌کند که تمام دینامیک‌های برهم‌کنش موج-یون مربوطه را محاسبه می‌کنند. این درک بهبود یافته همچنین کاربرد مهندسی فضای فاز را امکان پذیر می کند.

محققان می توانند از این فرآیند برای طراحی سناریوهای پلاسمای همجوشی جدید بر اساس برهمکنش های ایده آل پیش بینی شده بین امواج و یون ها استفاده کنند. لازم به ذکر است که این فعل و انفعالات می تواند به ماهواره ها نیز آسیب برساند، بنابراین این تحقیق می تواند به بهبود قابلیت اطمینان آنها کمک کند.

محققان مرکز همجوشی ملی DIII-D، یکی از امکانات کاربر وزارت انرژی، از اولین اندازه‌گیری‌های یک سیستم تشخیصی جدید، تحلیلگر ذرات خنثی تصویربرداری (INPA)، برای نظارت بر جریان یون‌های پرانرژی در یک توکامک استفاده کرده‌اند.

تلاش چند ساله برای مفهوم‌سازی، طراحی و ساخت INPA اکنون اولین فرصت را برای مشاهده این رفتار فراهم کرده است. پس از تزریق پرتوهای خنثی به توکامک، یون های پرانرژی با امواج پلاسما الکترومغناطیسی برهم کنش می کنند و انرژی و موقعیت خود را از توکامک عبور می دهند. شبیه‌سازی‌ها رفتار مشاهده‌شده را بازتولید می‌کنند، در نتیجه دقت مدل‌های اصول اول را در توصیف فیزیک زیربنایی نشان می‌دهند.

درک بهتر از این فعل و انفعالات موج-ذره مربوط به طراحی نیروگاه های همجوشی و درک رفتار پلاسما مشاهده شده در فضای بیرونی.

INPA انرژی یون های پرانرژی تزریق شده توسط یک پرتو خنثی را که انرژی بیشتری از پلاسمای پس زمینه دارند، در زمان و مکان از هسته پلاسمای داغ تا انتهای پلاسمای سرد، جایی که یون ها می توانند از دست بروند، اندازه گیری می کند.

این آزمایش‌ها همراه با شبیه‌سازی‌های محاسباتی پیشرفته‌ای که هم طیف موج الکترومغناطیسی و هم برهم‌کنش با یون‌های پرانرژی را مدل‌سازی می‌کنند، دقیق‌ترین درک را از تعامل بین امواج پلاسما و یون‌های پرانرژی در پلاسماهای همجوشی ارائه می‌کنند.

این درک بهبودیافته همچنین به محققان اجازه می دهد تا مهندسی فاز-فضا را به کار گیرند، فرآیندی که در آن سناریوهای پلاسمای همجوشی جدیدی را بر اساس برهمکنش های ایده آل پیش بینی شده بین امواج و یون ها طراحی می کنند. این نوع تعاملات در فضا اتفاق می افتد.

به عنوان مثال، امواج سیکلوترون یون الکترومغناطیسی (EMIC) الکترون ها را در فضا و انرژی جریان می دهند. در برخی موارد، الکترون‌ها آنقدر شتاب گرفته‌اند که باعث اختلال در عملکرد ماهواره‌ها می‌شوند. درک بهبود یافته از فرآیندهای برهمکنش موج-ذره تشدید کننده از طریق سنتز مطالعات پلاسما به شبیه سازی فضا کمک می کند پلاسماکه می تواند قابلیت اطمینان ماموریت های ماهواره ای آینده را بهبود بخشد.

یافته ها هستند منتشر شده در دفتر خاطرات سوخت هسته ای.