Shkencëtarët sjellin energjinë e shkrirjes që ndriçon diellin dhe yjet më afër realitetit në Tokë

Fizikantët në Laboratorin e Fizikës së Plazmës (PPPL) të Departamentit Amerikan të Energjisë (DOE) kanë propozuar burimin e kolapsit të papritur dhe të çuditshëm të nxehtësisë që i paraprin ndërprerjeve që mund të dëmtojnë objektet e shkrirjes së tokamakit në formë donuti. Përballja me burimin mund të kapërcejë një nga sfidat më kritike me të cilat do të përballen objektet e ardhshme të shkrirjes dhe të sjellë më afër realitetit prodhimin në Tokë të energjisë së shkrirjes që drejton diellin dhe yjet.

Studiuesit gjurmuan kolapsin në çrregullimin 3D të fushave të forta magnetike që mbushin gazin e nxehtë dhe të ngarkuar të plazmës që nxit reagimet. “Ne propozuam një mënyrë të re për të kuptuar linjat e fushës [të çrregulluara], e cila zakonisht ishte injoruar ose e modeluar dobët në studimet e mëparshme,” tha Min-Gu Yoo, një studiuese pas-doktoraturës në PPPL dhe autori kryesor i një punimi të fizikës së plazmës. përzgjedhur si përzgjedhje editoriale së bashku me një figurë të vendosur në kopertinën e numrit të korrikut. Yoo që atëherë është bërë një shkencëtar i stafit në General Atomics në San Diego.

Fushat e forta magnetike zëvendësojnë në objektet e shkrirjes gravitetin e pamasë që mban në vend reaksionet e shkrirjes në trupat qiellorë. Por kur çrregullohen nga paqëndrueshmëria e plazmës në eksperimentet laboratorike, linjat e fushës lejojnë që nxehtësia e plazmës super e nxehtë të shpëtojë me shpejtësi nga izolimi. Një nxehtësi e tillë prej miliona gradësh shtyp grimcat e plazmës së bashku për të çliruar energjinë e shkrirjes dhe mund të godasë dhe dëmtojë muret e objektit të shkrirjes kur lirohet nga mbyllja.

“Në rastin e ndërprerjes madhore, linjat e fushës bëhen plotësisht [të çrregulluara] si spageti dhe lidhen shpejt me murin me gjatësi shumë të ndryshme,” tha fizikanti kryesor i kërkimit Weixing Wang, këshilltar i PPPL i Yoo dhe një bashkautor i punimit. “Kjo sjell energji të madhe termike të plazmës kundër murit.”

Fusioni kombinon elementet e lehta në formën e plazmës – gjendjen e nxehtë dhe të ngarkuar të materies, e përbërë nga elektrone të lira dhe bërthama atomike – që gjeneron sasi masive të energjisë. Plazma përmban elektrone të lira dhe bërthama atomike, ose jone, dhe përbën 99% të universit të dukshëm. Shkencëtarët në mbarë botën po kërkojnë të kapin dhe kontrollojnë procesin e shkrirjes në Tokë për të krijuar një burim të pastër, pa karbon dhe praktikisht të pashtershëm të energjisë për të prodhuar energji elektrike.

Ajo që nuk dihej më parë ishte forma 3D, ose topologjia, e linjave të çrregullta të fushës të shkaktuara nga paqëndrueshmëria e turbullt. Topologjia formon kodra dhe lugina të vogla, shpjegon Yoo, duke lënë disa grimca të bllokuara në lugina dhe të paaftë për t’i shpëtuar mbylljes, ndërsa të tjerat rrokullisen poshtë kodrave dhe prekin muret e objektit.

“Ekzistenca e këtyre kodrave është përgjegjëse për kolapsin e shpejtë të temperaturës, të ashtuquajturin shuarje termike, pasi ato lejojnë më shumë grimca të ikin në murin tokamak,” tha Yoo. “Ajo që treguam në letër është se si të vizatojmë një hartë të mirë për të kuptuar topologjinë e linjave të fushës. Pa kodrat magnetike, shumica e elektroneve do të ishin bllokuar dhe nuk do të mund të prodhonin shuarjen termike të vëzhguar në eksperimente.”

Shkencëtarët e PPPL simuluan topologjinë e shuarjes termike si një strukturë komplekse 3D dhe jo një strukturë të thjeshtë 1D siç ishte paraqitur në foto. Duke vepruar kështu, studiuesit shmangën mbithjeshtimet e zakonshme që mund të mashtronin fizikën.

Ajo që e bëri topologjinë të vështirë për t’u kuptuar ishte ndërveprimi kompleks midis fushave elektrike dhe magnetike brenda objektit, tha Yoo. Studiuesit e PPPL zbuluan ndërveprimin duke përdorur kodin GTS të Laboratorit, i cili simulon efektin e paqëndrueshmërisë së turbullt në lëvizjen e grimcave. Kodi zbuloi se fusha elektrike e prodhuar në objekte vepron për të goditur grimcat midis linjave të fushës magnetike stokastike të ngjashme me spageti dhe më pas lehtëson lëvizjen e grimcave të bllokuara përgjatë vijave të fushës që shkakton shuarjen termike.

“Ky hulumtim ofron njohuri të reja fizike se si plazma e humb energjinë e saj drejt murit kur ka linja të hapura të fushës magnetike,” tha Yoo. “Kuptimi i ri do të ishte i dobishëm në gjetjen e mënyrave inovative për të zbutur ose shmangur shuarjet termike dhe ndërprerjet e plazmës në të ardhmen.”