في البلازما المحترقة، يعد الحفاظ على الأيونات عالية الطاقة الناتجة عن الاندماج أمرًا أساسيًا لتوليد الطاقة. توجد كميات كبيرة من الموجات الكهرومغناطيسية في بلازما الاندماج هذه والتي يمكنها إخراج الأيونات عالية الطاقة من البلازما. وهذا يقلل من تسخين البلازما بواسطة منتجات تفاعل الاندماج وينهي حالة احتراق البلازما. توفر الملاحظات الجديدة من مرفق الاندماج الوطني DIII-D رؤى مهمة حول الأيونات عالية الطاقة في بلازما الاندماج، والتي تعتبر ضرورية لتطوير محطات توليد الطاقة الاندماجية وفهم البلازما الفضائية، مع ما يترتب على ذلك من آثار على تكنولوجيا الأقمار الصناعية.
توفر القياسات الحديثة في مرفق الاندماج الوطني DIII-D أول الملاحظات المباشرة للحركة المكانية والحيوية للأيونات عالية الطاقة في التوكاماك. وقام الباحثون بدمج هذه القياسات مع نماذج حاسوبية متقدمة للموجات الكهرومغناطيسية وتفاعلاتها مع الأيونات النشطة. تعمل هذه النتائج على تعميق فهمنا للتفاعل بين موجات البلازما والأيونات عالية الطاقة في بلازما الاندماج.
تنتقل أبحاث فيزياء البلازما والاندماج من المرافق التجريبية إلى التصاميم التوضيحية لمحطات الطاقة. ولإنجاح هذا التحول، يحتاج الباحثون إلى عمليات محاكاة دقيقة وأدوات أخرى للتنبؤ بأداء تصاميم محطات توليد الطاقة. معظم المرافق الحالية غير قادرة على توليد بلازما الاحتراق. ومع ذلك، يفهم الباحثون الكثير من الفيزياء ذات الصلة ويقومون بتطوير أدوات محاكاة لإعادة إنتاج السلوك التجريبي المرصود.
توفر الدراسة الحالية قياسات جديدة للتيارات الأيونية عالية الطاقة في توكاماك DIII-D. سيؤدي هذا إلى تسريع عملية تطوير النماذج التي يمكنها تفسير ديناميكيات جميع تفاعلات الموجات والأيونات ذات الصلة. يمكن أيضًا تطبيق هندسة الفضاء الطورية بعد فهم أعمق. يمكن للباحثين استخدام هذه العملية لتصميم بلازما اندماجية جديدة بناءً على التفاعلات المثالية المتوقعة بين الموجات والأيونات. ومن الجدير بالذكر أن هذه التفاعلات يمكن أن تلحق الضرر أيضًا بالأقمار الصناعية، لذلك يمكن أن يساعد هذا البحث في تحسين موثوقية الأقمار الصناعية.
أجرى الباحثون في مرفق الاندماج الوطني DIII-D، وهو مرفق مستخدم تابع لوزارة الطاقة، القياسات الأولى باستخدام نظام تشخيصي جديد، وهو محلل الجسيمات المحايدة للتصوير (INPA)، لمراقبة تدفق الأيونات عالية الطاقة في التوكاماك. بعد سنوات من التصور والتصميم والبناء، أصبح لدى INPA الآن القدرة على مراقبة هذا السلوك لأول مرة.
بعد أن يتم حقن الأيونات عالية الطاقة في التوكاماك بواسطة شعاع محايد، فإنها تتفاعل مع موجات البلازما الكهرومغناطيسية وتتدفق مع الطاقة والموقع في التوكاماك. أعادت عمليات المحاكاة إنتاج السلوك المرصود، مما يدل على دقة نموذج المبادئ الأولى في وصف الفيزياء الأساسية. إن تحسين فهمنا لهذه التفاعلات بين الموجات والجسيمات له آثار مهمة سواء بالنسبة لتصميم محطات توليد الطاقة بالاندماج النووي أو لفهم سلوك البلازما المرصودة في الفضاء الخارجي.
يقيس INPA طاقة الأيونات عالية الطاقة التي يتم حقنها بواسطة شعاع محايد والتي تكون أكبر من طاقة بلازما الخلفية من قلب البلازما الساخنة إلى حافة البلازما الباردة. توفر هذه التجارب، جنبًا إلى جنب مع عمليات المحاكاة الحاسوبية المتقدمة عالية الأداء التي تحاكي الطيف الكهرومغناطيسي والتفاعلات مع الأيونات النشطة، الفهم الأكثر تفصيلاً للتفاعل بين موجات البلازما والأيونات النشطة في بلازما الاندماج.
هذا الفهم المتزايد يمكّن الباحثين أيضًا من تطبيق هندسة الفضاء الطورية، وهي تصميم مخططات بلازما الاندماج الجديدة بناءً على التفاعلات المثالية المتوقعة بين الموجات والأيونات. تحدث هذه الأنواع من التفاعلات في الفضاء الخارجي. على سبيل المثال، تتسبب موجات السيكلوترون الأيوني الكهرومغناطيسي (EMIC) في تدفق الإلكترونات عبر الفضاء والطاقة.
وفي بعض الحالات، يتم تسريع الإلكترونات، مما يؤدي إلى خلل في الأقمار الصناعية. إن الفهم الأعمق لعملية تفاعل رنين الموجة والجسيم من خلال أبحاث اندماج البلازما سيساعد في محاكاة بلازما الفضاء الخارجي، وبالتالي تحسين موثوقية البعثات الفضائية المستقبلية.
المصدر المجمع: ScitechDaily