جنرال لواء

يكتشف العلماء كيفية الحفاظ على استقرار البلازما في مفاعلات الاندماج


حقق الباحثون قفزة هائلة مؤخرًا عن طريق الاقتراب خطوة واحدة من طاقة الاندماج النووي المستقرة. اكتشفوا طريقة لتثبيت البلازما في مفاعلات الاندماج ، وبالتالي منع درجات الحرارة والكثافة من التذبذب.

يُعتقد أن الاندماج النووي هو الحل لتوفير طاقة خضراء لا تنضب طالما يمكن للباحثين التحكم في هذا النوع من مصادر الطاقة. والآن يبدو أنهم أقرب إلى تثبيت البلازما في مفاعلات الاندماج رغم أن ذلك يتم من خلال المحاكاة!

في الآونة الأخيرة ، أجرى مجموعة من الباحثين في نيو جيرسي في مختبر برينستون لفيزياء البلازما التابع لوزارة الطاقة الأمريكية من جامعة برينستون عدة عمليات محاكاة ، في محاولة لتثبيت البلازما في مفاعلات الاندماج. ها هم اكتشفوا طريقة للقيام بذلك!

من الحقائق المعروفة أن البلازما هي إحدى حالات المادة. إذا تحدثنا عن مواقفنا النموذجية على الأرض ، فلا يمكن للبلازما أن توجد كمادة سائلة أو صلبة أو غازية. على العكس من ذلك ، يوجد بشكل طبيعي في النجوم بكميات كبيرة.

على الأرض ، العلماء قادرون على توليد البلازما أو هذه الحالة شديدة السخونة التي تتشكل في مفاعلات الاندماج بواسطة جزيئات مشحونة للغاية. ومع ذلك ، فإن تثبيت البلازما يعد عملية صعبة للغاية.

في كثير من الأحيان ، توجد البلازما متذبذبة في الكثافة ودرجات الحرارة ، ونتيجة لذلك ، هناك توقف بشكل عام في تفاعل الاندماج النووي - وهي عملية تسمى عدم استقرار سن المنشار والتي تحدث عندما يصبح التيار قويًا بدرجة كافية لزعزعة استقرار التفاعلات ووقفها.

ومع ذلك ، ربما وجد العلماء في نيوجيرسي طريقة لتثبيت البلازما من خلال المحاكاة في مفاعلات الاندماج النووي. اتبع الباحثون الأمثلة التي وضعتها النجوم في الكون وحاولوا تكرار تلك العمليات نفسها داخل العديد من مفاعلات الاندماج.

في المفاعلات ، تصطدم ذرات الهيدروجين فائقة السخونة المعلقة في البلازما ببعضها البعض ، مما يؤدي إلى انقسام الذرات إلى أيونات وإلكترونات عالية الشحنة. ثم تندمج الأيونات والإلكترونات لتكوين الهيليوم.

تولد هذه العملية كميات كبيرة من الحرارة والطاقة التي يمكن تسخيرها لإنتاج الكهرباء.

للحفاظ على التيار في قلب البلازما ، يستخدم المفاعل آلية ضخ التدفق المغناطيسي. هذا أيضًا يحافظ على استقرار بعض البلازما للحفاظ على ردود الفعل مستمرة بدلاً من وقفها.

إذا اتبعنا أحدث عمليات المحاكاة ، فيمكن أن يحفز سيناريوهان هجينان ضخ التدفق المغناطيسي. أحد السيناريوهات هو المكان الذي تكون فيه البلازما مستقرة (الوضع H) بينما السيناريو الآخر هو حيث يتسرب البلازما نوعًا من الطاقة (الوضع L).

في محاكاة PPPL ، تم تطوير ضخ التدفق باستخدام سيناريو هجين حيث يظل التيار مسطحًا في قلب البلازما ويكون ضغط البلازما مرتفعًا بدرجة كافية. ينتج عن الدمج "وضع شبه تبادل" يمزج البلازما مع تشويه المجال المغناطيسي.

يضمن تأثير الخلط هذا أن التيار يحافظ على التسطيح مع تجنب إمكانية تكوين عدم استقرار سن المنشار.

قاد هذا البحث إيزابيل كريبس ، زميلة أبحاث ما بعد الدكتوراه ، والتي تحدثت عن التطبيقات المستقبلية لهذا الاكتشاف قائلة ، "قد تكون هذه الآلية ذات أهمية كبيرة لتجارب الاندماج المستقبلية واسعة النطاق مثل ITER."

من الواضح أن هذا الاختراق في استقرار البلازما هو خطوة في الاتجاه الصحيح نحو التحول إلى اللون الأخضر في المستقبل.

تم نشر تفاصيل هذا البحث الجديد في فيزياء البلازما مجلة.


شاهد الفيديو: المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي إيتر- الهندسة النووية السودان (كانون الثاني 2022).