در یک پلاسمای در حال سوختن، حفظ یونهای پرانرژی تولید شده از همجوشی برای تولید انرژی بسیار مهم است. این پلاسماها دارای امواج الکترومغناطیسی مختلفی هستند که می‌توانند این یون‌ها را به بیرون برانند و گرمای پلاسما را کاهش داده و حالت سوختن را پایان دهند. مشاهدات اخیر در تاسیسات همجوشی ملی DIII-D آمریکا اولین بینش مستقیم را در مورد چگونگی حرکت یون های پرانرژی در فضا و انرژی در یک توکاماک ارائه می دهد.

محققان این یافته ها را با مدل های کامپیوتری پیشرفته امواج الکترومغناطیسی و برهمکنش آنها با یون های پرانرژی ترکیب کردند و درک ما از تعامل آنها در پلاسماهای همجوشی را بهبود بخشیدند.

فیزیک پلاسما و تحقیقات همجوشی از آزمایش‌ها به طرح‌های نیروگاهی در حال پیشرفت هستند. شبیه سازی های دقیق و ابزارهای پیش بینی عملکرد نیروگاه برای موفقیت ضروری است. در حالی که اکثر تاسیسات فعلی پلاسما سوزان تولید نمی کنند، محققان در حال توسعه شبیه سازی هایی بر اساس فیزیک شناخته شده هستند. آخرین تحقیق جریان یون پرانرژی را در توکامک DIII-D اندازه‌گیری کرد و توسعه مدل را برای دینامیک برهمکنش موج-یون تسریع کرد. این درک مهندسی فاز-فضا را امکان پذیر می کند.

این فرآیند با پیش‌بینی برهم‌کنش‌های ایده‌آل بین امواج و یون‌ها، به طراحی سناریوهای پلاسمای همجوشی کمک می‌کند. قابل ذکر است که این تعاملات می تواند بر ماهواره ها تأثیر بگذارد و این تحقیق را برای افزایش قابلیت اطمینان آنها ارزشمند می کند.

در مرکز ملی فیوژن DIII-D، محققان از تحلیلگر ذرات خنثی تصویربرداری (INPA) برای مشاهده جریان یون پرانرژی در یک توکامک استفاده کردند. INPA، یک سیستم تشخیصی جدید، اولین قابلیت مشاهده این رفتار را ارائه می دهد. یون‌های پرانرژی که توسط پرتوهای خنثی به توکامک تزریق می‌شوند، با امواج پلاسما برهمکنش می‌کنند و در انرژی و موقعیت جریان دارند. شبیه‌سازی‌ها رفتار مشاهده‌شده را تأیید می‌کنند و دقت مدل‌های اصول اول را در توصیف فیزیک زیربنایی تأیید می‌کنند.

درک فعل و انفعالات موج-ذره برای طراحی نیروگاه همجوشی و مطالعه رفتار پلاسمای فضای بیرونی بسیار مهم است. INPA انرژی یون های پرانرژی تزریق شده با پرتو خنثی را در طول زمان و موقعیت مکانی اندازه گیری می کند و بینش های دقیقی را ارائه می دهد. این آزمایش‌ها همراه با شبیه‌سازی‌های محاسباتی با کارایی بالا، درک ما را از امواج پلاسما و یون‌های پرانرژی در پلاسماهای همجوشی افزایش می‌دهند. محققان می توانند مهندسی فاز-فضا را اعمال کنند و سناریوهای پلاسمای همجوشی را بر اساس فعل و انفعالات پیش بینی شده، شبیه به آنچه در فضای بیرونی وجود دارد، طراحی کنند.

به عنوان مثال، امواج سیکلوترون یون الکترومغناطیسی (EMIC) که باعث جریان الکترون می شود می تواند بر ماهواره ها تأثیر بگذارد. درک بهتر از طریق تحقیقات پلاسمای همجوشی به شبیه‌سازی پلاسمای فضای بیرونی کمک می‌کند و به طور بالقوه قابلیت اطمینان ماموریت ماهواره‌ای آینده را افزایش می‌دهد.

منابع

phys.org

ga.com