پیشرفت چشمگیر در کنترل پلاسما: رازهای مغناطیسی همجوشی هسته‌ای فاش شد
به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان کره جنوبی اثبات تجربی «جفت شدن چند مقیاسی» در پلاسما را ارائه داده‌اند. این مطالعه نشان می‌دهد که چگونه رویداد‌های میکروسکوپی می‌توانند باعث تغییرات در مقیاس بزرگ در این حالت ماده شوند.
یکی از چالش‌های فیزیک پلاسما، درک کوپلینگ چندمقیاسی بوده است، فرآیندی که در آن آشفتگی سطح ذرات افزایش می‌یابد تا کل سیستم پلاسما را تحت تأثیر قرار دهد.
محققان در یک مطالعه جدید گفتند: «جفت شدن بین مقیاسی از مقیاس‌های مگنتوهیدرودینامیک (MHD) به مقیاس‌های غیر MHD در تفسیر مشاهدات رویداد‌های انفجاری در طبیعت مهم است.»
با این حال، چگونگی تأثیر این فیزیک چندمقیاسی بر شروع ناگهانی اتصال مجدد، هنوز ناشناخته است.
این یافته‌ها پیامد‌هایی برای توسعه فناوری همجوشی هسته‌ای و تحقیقات اخترفیزیک دارد.
آزمایش با استفاده از VEST
این تحقیق بر روی پلاسما تمرکز دارد، حالتی از ماده که در آن دمای بالا باعث جدا شدن الکترون‌ها از هسته‌های اتمی می‌شود و محیطی از ذرات باردار ایجاد می‌کند.
این مطالعه با هدف نشان دادن یک ارتباط مستقیم و علّی بین فعالیت میکروسکوپی و تغییرات ساختاری ماکروسکوپی انجام شد، پدیده‌ای که به طور کامل توسط نظریه‌های موجود مگنتوهیدرودینامیک (MHD) که پلاسما را به عنوان یک سیال رسانای واحد در نظر می‌گیرند، توضیح داده نشده است.
این تیم آزمایش خود را با استفاده از دستگاه آزمایشگاهی همجوشی هسته‌ای کروی چنبره‌ای (VEST) در دانشگاه ملی سئول انجام داد.
در این مطالعه توضیح داده شده است: «این آزمایش با استفاده از دو طناب شار در یک پیکربندی میدان مغناطیسی مارپیچی سه‌بعدی (۳D) در توروس کروی آزمایش همه‌کاره (VEST) انجام شده است.»
«دو پرتو الکترونی جداگانه در امتداد خطوط میدان مغناطیسی پرتاب می‌شوند و طناب‌های شار جداگانه‌ای را با سرعت رانش بالاتر از سرعت آلفون محیطی تشکیل می‌دهند که به طور مؤثر تلاطم مغناطیسی را از طریق ناپایداری‌های ناشی از پرتو هدایت می‌کنند.»
نتایج شگفت‌انگیز و امیدوارکننده
نتایج تجربی با استفاده از شبیه‌سازی‌های ذرات که بر روی یک ابررایانه در KFE اجرا شدند، تجزیه و تحلیل و اعتبارسنجی شدند.
این آزمایش توالی واضحی از رویداد‌ها را نشان داد. ریزگرد‌های القایی منجر به فرآیندی به نام اتصال مجدد مغناطیسی شد، که در آن خطوط میدان مغناطیسی دوباره پیکربندی شدند و انرژی مغناطیسی را به انرژی حرارتی تبدیل کردند. این رویداد اتصال مجدد، به نوبه خود، باعث شد که دو طناب شار جداگانه در یک ساختار واحد و بزرگتر ادغام شوند.
محققان تأکید کردند: «مشاهدات تجربی، از جمله ظهور ذرات پرانرژی، افزایش دمای یون و تغییرات در ویژگی‌های طناب‌های شار، نشان می‌دهد که تلاطم ناشی از پرتو، اتصال مجدد سه‌بعدی (۳D) را هدایت می‌کند.»
تا جایی که ما می‌دانیم، اتصال مجدد سه‌بعدی با افزایش توان آشفته در رژیم غیر MHD برای اولین بار مشاهده شده است.
این نتیجه نشان داد که آشفتگی ناشی از سطح ذرات می‌تواند مستقیماً تعادل در مقیاس بزرگ یک سیستم پلاسما را تغییر دهد. فرآیند مشاهده شده شامل مراحل تولید آشفتگی، ادغام طناب، فروپاشی تعادل و تشکیل مجدد است.
پیامد‌های همجوشی و اخترفیزیک
برای توسعه همجوشی هسته‌ای، این یافته درک دقیق‌تری از پایداری پلاسما ارائه می‌دهد. کنترل پلاسما برای حفظ واکنش همجوشی ضروری است و آگاهی از اینکه چگونه آشفتگی می‌تواند باعث تغییرات در مقیاس بزرگ شود، می‌تواند به تدوین استراتژی‌هایی برای حفظ حالت پایدار کمک کند.
در اخترفیزیک، نتایج ممکن است به توضیح داده‌های رصدی کمک کند. طیف‌های انرژی اندازه‌گیری شده در طول اتصال مجدد مغناطیسی آزمایش مشابه طیف‌های مشاهده شده در محیط‌های پلاسمای کیهانی، مانند هنگام شعله‌های خورشیدی، بودند. بنابراین، یافته‌های آزمایشگاهی می‌توانند به عنوان مدلی برای مطالعه چنین رویداد‌های نجومی عمل کنند.
این مطالعه نتیجه گرفت: طناب‌های شار مغناطیسی، که ساختار‌های حامل جریان پلاسمای جاسازی‌شده در یک میدان مغناطیسی هستند، نقش مهمی در پلاسما‌های اخترفیزیکی و آزمایشگاهی ایفا می‌کنند.