Breaking News

Breaking

Post Top Ad

Your Ad Spot

Monday, March 7, 2022

يؤكد العلماء اندماجًا نوويًا حراريًا في جهاز Z- قرصة التدفق المنفصمة

يؤكد علماء LLNL اندماج نووي حراري في ضغط Z- تدفق المنفصمة

قام عالم الفيزياء في LLNL جيمس ميتراني بإنشاء كاشفات وميض لقياس النيوترونات على جهاز Fusion Z-Pinch Experiment (FuZE) التابع لجامعة واشنطن. الائتمان: مختبر لورانس ليفرمور الوطني

في النتائج التي يمكن أن تساعد في تقدم “مسار قابل للتطبيق” آخر لطاقة الاندماج ، أثبت البحث الذي قاده علماء الفيزياء في مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) وجود نيوترونات منتجة من خلال تفاعلات نووية حرارية من جهاز Z-pinch ذي التدفق المقطوع.

استخدم الباحثون تقنيات النمذجة الحاسوبية المتقدمة وأجهزة القياس التشخيصية التي تم شحذها في LLNL لحل مشكلة عمرها عقود من التمييز بين النيوترونات التي تنتجها من تلك الناتجة عن عدم الاستقرار الناتج عن شعاع الأيونات للبلازما في نظام الاندماج المغناطيسي بالقصور الذاتي.

بينما أظهر البحث السابق للفريق أن النيوترونات التي تم قياسها من أجهزة Z-pinch المثبتة بالتدفق المنفصمة كانت “متوافقة مع الإنتاج النووي الحراري ، لم نثبت ذلك تمامًا بعد ،” قال عالم الفيزياء LLNL ، درو هيغينسون ، أحد المؤلفين المشاركين في البحث مؤخرًا نشرت في فيزياء البلازما.

“هذا دليل مباشر على أن الاندماج النووي الحراري ينتج هذه النيوترونات وليس الأيونات الناتجة عن عدم استقرار الحزمة ،” قال هيغينسون ، الباحث الرئيسي في فريق تشخيص النيوترونات المحمول والقابل للتكيف (PANDA) الذي يجري أبحاثًا تحت إشراف وكالة مشروعات الأبحاث المتقدمة للطاقة التابعة لوزارة الطاقة- اتفاقية تعاون في مجال الطاقة (ARPA-E). “لم يثبت أنهم سيحصلون على مكاسب في الطاقة ، لكنها نتيجة واعدة تشير إلى أنهم يسيرون على طريق إيجابي”.

كان عالم الفيزياء في LLNL جيمس ميتراني المؤلف الرئيسي للورقة البحثية ، والتي توضح كيف أن النطاق الواسع للأبحاث في المختبر يفيد مجتمع الاندماج الأكبر بما يتجاوز التطورات الرئيسية التي حققتها مؤسسة الإشعال الوطنية (NIF) التابعة لـ LLNL ، وهي نظام الليزر الأكثر نشاطًا في العالم.

قال ميتراني: “ركز البحث فقط على هذا الجهاز الوحيد ، لكن التقنيات والمفاهيم العامة قابلة للتطبيق على الكثير من أجهزة الاندماج في نظام الاندماج بالقصور المغناطيسي المتوسط”. وأشار إلى أن النظام يعمل في المنطقة الواقعة بين منشآت الاندماج بالليزر ، مثل NIF ومنشأة أوميغا ليزر في جامعة روتشستر ، وأجهزة الاندماج التي تحصر البلازما في النظام المغناطيسي البحت ، مثل ITER (مشروع متعدد الجنسيات في جنوب فرنسا) ، SPARC (تحت الإنشاء بالقرب من بوسطن) أو أجهزة توكاماك الأخرى.

منذ أغسطس ، أحدثت NIF ضجة في جميع أنحاء المجتمع العلمي العالمي لأن تجربة اندماج الحبس الذاتي (ICF) أسفرت عن 1.35 ميغا جول (MJ) من الطاقة. جلب هذا الإنجاز الباحثين إلى عتبة الإشعال – التي حددتها الأكاديمية الوطنية للعلوم والإدارة الوطنية للأمن النووي عندما ينتج انفجار NIF طاقة اندماج أكثر من كمية طاقة الليزر التي يتم توصيلها إلى الهدف. وسبق هذه اللقطة التقدم الذي أحرزه باحثو LLNL في تحقيق حالة البلازما المحترقة في التجارب المعملية.

الاندماج هو مصدر الطاقة الموجود في الشمس والنجوم والأسلحة النووية الحرارية. تركز تجارب NIF’s ICF 192 حزمة ليزر على هدف صغير لضغط وتسخين نظائر الهيدروجين المجمدة جزئيًا داخل كبسولة وقود ، مما يخلق انفجارًا داخليًا يكرر ظروف الضغط ودرجة الحرارة الموجودة فقط في قلب النجوم والكواكب العملاقة وفي انفجار الأسلحة النووية. تنجز آلات الضغط على شكل Z الاندماج باستخدام مجال مغناطيسي قوي لحصر و “ضغط” البلازما.

يعتبر مفهوم Z-pinch تصميمًا بسيطًا نسبيًا كان موجودًا كنموذج نظري منذ الثلاثينيات. لكن Higginson أشار إلى أن لديه تاريخًا طويلًا من “عدم الاستقرار الرهيب” الذي أعاق القدرة على توليد الظروف اللازمة لتحقيق مكاسب صافية لطاقة الاندماج.

في التسعينيات ، بدأ علماء LLNL العمل مع باحثي جامعة واشنطن (UW) لدفع مسار آخر واعد نحو الإشعال ، وهو مفهوم Z-pinch المستقر للتدفق المنفصمة. بدلاً من مغناطيسات التثبيت القوية المستخدمة في أجهزة Z-pinch الأخرى ، تستخدم أجهزة Z-pinch ذات التدفق المنفصمة تيارًا كهربائيًا نبضيًا لتوليد مجال مغناطيسي يتدفق عبر عمود من البلازما لتقليل عدم استقرار الانصهار.

قال هيجينسون: “مشكلة عدم الاستقرار هي أنها لا تخلق طريقاً قابلاً للتطبيق لإنتاج الطاقة ، في حين أن الاندماج النووي الحراري يفعل ذلك”. “لطالما كان تشخيص هذا الاختلاف أمرًا صعبًا ، لا سيما في حالة الضغط على شكل حرف Z.”

في عام 2015 ، مُنح باحثو LLNL و UW اتفاقية تعاونية ARPA-E بقيمة 5.28 مليون دولار لاختبار فيزياء تثبيت القرص عند طاقات أعلى وتيار الضغط في إطار مشروع Fusion Z-Pinch Experiment (FuZE) التابع للجامعة.

بموجب اتفاقية تعاونية لاحقة لـ ARPA-E “فريق القدرة” ، ركز باحثو LLNL على التشخيصات التي تقيس انبعاثات النيوترونات الناتجة أثناء عملية الاندماج ، بما في ذلك المواقع المكانية والملامح الزمنية لتلك الانبعاثات. الجمع بين الخبرة التشخيصية للبلازما للمختبرات الوطنية والتشغيل السريع للشركات الخاصة يعتمد على كل من نقاط القوة الفردية الخاصة بهم وهو هدف رئيسي لبرنامج فريق القدرة على الاندماج ARPA-E.

مع تضييق نصف قطر أسطوانة FuZE للزيادة ، سيؤدي أيضًا إلى حدوث انخفاضات في البلازما تولد مجالات مغناطيسية أقوى بكثير من شأنها أن تسبب للقرص للداخل في مناطق معينة أكثر من مناطق أخرى. مثل الأطراف المقروصة للحم المفروم الأنبوبي الشهير ، فإن عدم استقرار “النقانق” غير المرغوب فيه من شأنه أن يخلق حزمًا من الأيونات الأسرع التي تنتج نيوترونات يمكن الخلط بينها وبين النيوترونات المرغوبة التي تنتجها النواة الحرارية.

وضع باحثو LLNL كاشفين من البلاستيك الوامض خارج الجهاز لقياس آثار لأنها ظهرت في بضع ميكروثانية من نقاط وزوايا مختلفة خارج غرفة Z-pinch.

“لقد أظهرنا أن طاقات النيوترونات المنبعثة كانت متساوية عند نقاط مختلفة حول هذا الجهاز ، مما يدل على وجود طاقة نووية حرارية ردود فعل “، قال متراني.

تضمن التحليل إنشاء رسوم بيانية للنبضات النيوترونية التي تم اكتشافها بواسطة مؤشرين ومقارنتها باستخدام طرق مثل محاكاة مونت كارلو المحوسبة التي تفحص جميع النتائج المحتملة.

قال هيجينسون إن التشخيصات ليست جديدة ، لكن “فكرة استخدام الرسوم البيانية لطاقات النبض النيوتروني الفردية لقياس تباين الخواص – الاختلاف في الطاقات عندما تنظر في اتجاهات مختلفة – هي تقنية جديدة وهي شيء فكرنا فيه وطورناه وتم تنفيذه هنا. بالإضافة إلى ذلك ، كنا نعمل مع جامعة كاليفورنيا في بيركلي ، مما ساعدنا على تطوير قدرة النمذجة لتسوية أوجه عدم اليقين في القياسات وفهم البيانات التي نراها تمامًا. نحن لا نبحث فقط من خلال بيانات.”

نُشرت الورقة البحثية ، “انبعاث النيوترونات الحرارية من التدفق المنفصمة على شكل Z-pinch ،” في نوفمبر ونُشرت من حديث مدعو Mitrani تم تقديمه في الاجتماع السنوي للجمعية الفيزيائية الأمريكية – قسم فيزياء البلازما في عام 2020.

وانضم إلى ميتراني وهيجينسون الزميل هاري ماكلين في رابطة LLNL ؛ جوشوا براون وتيبو لابلاس من جامعة كاليفورنيا في بيركلي ؛ بيثاني جولد بلوم من جامعة كاليفورنيا في بيركلي ومختبر لورانس بيركلي الوطني ؛ وإليوت كلافو ، وزاك دريبر ، وإليانور فوربس ، وراي جولينجو ، وبريان نيلسون ، وأوري شوملاك ، وأنتون ستيبانوف ، وتوبين ويبر ويو زانج من جامعة واشنطن.

نتج البحث عن شركة ناشئة ممولة من القطاع الخاص في سياتل تدعى Zap Energy في عام 2017.

يستمر البحث في ظل منح جديدة ، مع قياسات أكثر تفصيلاً مأخوذة بواسطة 16 كاشفًا بينما تواصل Zap Energy تجاربها.

قال هيغينسون: “نريد أن نشارك لأننا لا نعرف ما هي المفاجآت التي قد تطرأ”. “يمكن أن يتضح أنه كلما انتقلت إلى تيار أعلى ، فجأة تبدأ في دفع عدم الاستقرار مرة أخرى. نريد أن نكون قادرين على إثبات أنه مع ارتفاع التيار أنه من الممكن الحفاظ على جودة عالية ومستقرة.”


كشف النقاب عن التقدم المطرد نحو كسب طاقة الاندماج


معلومات اكثر:
James M.Mitrani et al ، انبعاث النيوترونات الحرارية النووية من ضغط Z -قرصة التدفق المنفصمة ، فيزياء البلازما (2021). دوى: 10.1063 / 5.0066257

الاقتباس: يؤكد العلماء الاندماج النووي الحراري في جهاز Z-pinch ذو التدفق المنفصمة (2022 ، 7 مارس) ، تم استرجاعه في 7 مارس 2022 من https://phys.org/news/2022-03-scientists-thermonuclear-fusion-sheared-flow-z -pinch.html

هذا المستند عرضة للحقوق التأليف والنشر. بصرف النظر عن أي تعامل عادل لغرض الدراسة أو البحث الخاص ، لا يجوز إعادة إنتاج أي جزء دون إذن كتابي. يتم توفير المحتوى لأغراض إعلامية فقط.

No comments:

Post a Comment

Powered by Blogger.

Search This Blog

Post Top Ad