گرمایش گداختی ترقی می کند

 

گرمایش گداختی ترقی می کند

بخش درونی توکاماک سی-ماد آلکیتور که آزمایش هایی در آن انجام شده که به پدید آوردن سناریویی نو برای گرمایش پلاسما و دستیابی به همجوشی کمک کرده اند.

عکس: باب مومگارد/ مرکز علم پلاسما و گداخت

 
گرمایش گداختی ترقی می کند.

مرکز علم پلاسما و گداختگی، دستورالعمل تازه ای برای گرمادهی به پلاسما را کشف می کند.

پاول ریوِنبرگ|مرکزعلم پلاسما و گداختگی     ۲۱ اوت،۲۰۱۷

در جستجوی انرژی همجوشی، دانشمندان ده ها سال برای آزمودن روش ها به منظور داغ و چگال کردن سوخت پلاسما به اندازه ی کافی که توان گداختی بزرگی تولید کند، صرف نموده اند. در ام آی تی، پژوهشگران توجه شان را روی به کار گیری گرمایش رادیو فرکانسی در آزمایش های همجوشی در بستری مغناطیسی نظیر توکاماک سی-ماد آلکیتور متمرکز کرده اند که دایر بودنش نهایتا در سپتامبر ۲۰۱۶ به پایان رسید.

امروزه، با استفاده از داده های منتج از سی-ماد، پژوهشگران همجوشی در مرکز علم پلاسما و گداخت ام آی تی،

، به موازات همکاران خود در بلژیک و بریتانیا، یک روش تازه ی گرمایش پلاسما های گداختی در توکاماک ها (PSFC)

ابداع کرده اند.روش جدید منجر به افزایش مقادیر ناچیز یون ها به انرژی های(ی در رنج) مگا الکترون ولت شده است- رنج مقداریِ بزرگتر از آنچه پیش از این به آن دست یافته شده بود.

دانشمند پژوهش پی اس اف سی- جان سی رایت- توضیح می دهد:”این رنج های انرژی بالاتر در همان رنجی هستند که  فرآورده های همجوشی فعال شده قرار دارند. داشتن قابلیت پدید آوردن چنین یون های پرانرژی در یک دستگاه غیرفعال  – نه با انجام مقادیر زیادی از گداخت- سودمند است؛ زیرا می توانیم اینکه چگونه یون ها با انرژی هایی قابل قیاس با  فرآورده های واکنش همجوشی رفتار می کنند، و اینکه (این یون ها) تا چه اندازه خوب محدود(و مهار) می شوند را مطالعه کنیم.

این رویکرد تازه که به تازگی در روزنامه ی ” فیزیک طبیعت” به جزئیات آن پرداخته شد، از یک سوخت که ترکیبی از سه گونه یون است، استفاده می کند: هیدروژن، دوتریم، و مقادیر ناچیز(کمتر از یک درصد) هلیم-۳٫ اساسا، پلاسمای به کار برده شده برای پژوهش گداخت در آزمایشگاه، مرکب از دو گونه یون می باشد، دوتریم و هیدروژن، یا دوتریم وهلیم -۳، که دوتریم در این مخلوط با مقدار بیش از ۹۵ % غالب است. پژوهشگران انرژی را روی گونه های اقلیت متمرکز می کنند، که تا انرژی های بسیار بالاتر که به کسر های کوچکتر از چگالی کل مربوط می شود، گرم می شوند. در مدل جدید سه گونه ای(=سه گونه یون)، همه ی انرژی رادیو فرکانسی تنها توسط مقدار ناچیزی از هلیم-۳ جذب می شود و انرژی یون حتی افزایش بیشتری هم تا رنج فرآورده های فعال شده ی گداخت، می یابد.

رایت پس از شرکت در یک سخنرانی در سال ۲۰۱۵، در خصوص این سناریو که یِوگِن کازاکُف – یک پژوهشگر در “آزمایشگاه برای فیزیک پلاسما”در بروسل بلژیک و نویسنده ی راهنمای مقاله ی “فیزیک طبیعت”- آن را ارائه کرد، به فکر دنبال کردن این پژوهش افتاد. رایت پیشنهاد کرد که ام آی تی، این ایده ها را به همراه کازاکف و همکارش جف اونگنا که از بروسل همکاری می کرد، با به کارگیری آلکیتور سی-ماد آزمایش کند.

در ام آی تی، دانشمند پژوهش پی اس اف سی، استفان ووکیچ، به توسعه ی این سناریو و انجام این آزمایش کمک کرد، در حالی که پروفسور میکلوس پورکولاب تخصصش را در خصوص گرمایش رادیو فرکانسی به اشتراک گذاشت. دانشمند پژوهش ییجون این، قار بود که ساختار موج پیچیده در پلاسما را با تصویربرداری تقابل تک فرکانس پی اس اف سی

اندازه گیری کند که در طی دو دهه ی گذشته توسط پورکولاب و دانشجویان فارغ التحصیلش توسعه داده شده بود. (PCI)

دانشمند پژوهش تِد گُلفینوپولُس از این آزمایش با ردیابی اثر یون های رنج مگاالکترون ولت بر روی اندازه گیری نوسانات پلاسما، حمایت کرد.

نتایج موفقیت آمیز روی سی-ماد، اثبات حقیقت را مهیا کرد؛ به گونه ای که برای علاقمند کردن دانشمندان در جوینت یوروپین توِرس (جِت) بریتانیا، که بزرگترین دستگاه گداخت اروپاست، به بازتولید نتایج، کافی باشد.همچون جِت، سی-ماد (هم) در نیروی میدان مغناطیسی و فشار پلاسما که قابل مقایسه با آنچه در دستگاه گداخت پذیر آینده نیاز باشد،کارمی کرد. این دو توکاماک همچنین قابلیت های تشخیصی مکملی نیز داشتند که برای سی-ماد، اندازه گیری موج های شامل شده در برهم کنش موجی-ذره ای پیچیده را ممکن می ساخت؛ درحالی که جِت قادر بود مستقیما ذرات رنج مگاالکترون ولت را اندازه بگیرد.

جان رایت این همکاری را تحسین می کند. او می گوید:” خانواده ی جِت ها تشخیص های واقعا خوبی در ارتباط با ذرات پرانرژی داشتند؛ پس می توانند به طور مستقیم این یون های انرژی بالا را اندازه گیری کنند و مطمئن شوند که آنها واقعا آنجا هستند. این حقیقت که ما یک تئوری اولیه داشتیم که از روی دو دستگاه گوناگون روی دو قاره دریافته شده بود، که گرد هم آمدند تا یک مقاله ی قوی تولید شود.”

پارکولاب اظهار می کند که این رویکرد تازه می تواند برای همکاری ام آی تی با وِندِلستاین۷-ایکس استِلارِیتور در موسسه ی ماکس پلانک در گریفسوالد آلمان سودمند باشد- جایی که پژوهش در خصوص یکی از پرسش های اساسی فیزیک در آنجا ادامه دارد: تا چه اندازه خوب یون های پر انرژی مربوط به همجوشی محدود(مهار) می شوند؟ مقاله ی “فیزیک طبیعت” همچنین ذکر می کند که  این آزمایش ها می توانند دیدگاهی نسبت به شارش وافر یون های هلیم-۳ که در شراره های خورشیدی مشاهده می شود، فراهم کنند.