Fizica Northern Lights Ar Putea Ajuta În Fuziunea Nucleară

{h1}

Aurora nu este doar drăguță. Ar putea ajuta la crearea fuziunii nucleare în laborator.

Aurora este mai mult decât o simplă afișare a luminii. De asemenea, poate deține secretul unui fenomen magnetic legat de fuziunea nucleară care alimentează soarele. Acest secret ar putea ajuta chiar la crearea fuziunii nucleare în laborator, spune o echipă de cercetători.

Fuziunea nucleară este o reacție care combină nucleele a doi atomi într-un singur. Procesul are stele, dar obținerea unei reacții de fuziune care se susține pe Pământ este foarte dificilă și până acum a evitat oamenii de știință. De exemplu, în februarie, cercetătorii de la Laboratorul Lawrence Livermore din California au făcut titluri când au reușit să impulsioneze o reacție de fuziune care a consumat mai puțin combustibil decât a produs. Dar procesul general de declanșare a reacției a luat încă mai multă energie decât a fost generat.

Acum, o echipă de cercetători de la Universitatea Michigan și Universitatea Princeton speră că performanțele experimentelor de fuziune pot fi îmbunătățite prin investigarea dinamicii câmpurilor magnetice observate în timpul aurorei.

Fuziunea evazivă

Pentru a declanșa o reacție de fuziune pe Pământ, trebuie să comprimați combustibilul (de obicei amestecuri egale de deuteriu și tritiu, care sunt doi izotopi ai atomului de hidrogen) la o temperatură și densitate similară cu cea din miezul unei stele. Dacă combustibilul cu hidrogen este menținut suficient de mult în aceste condiții foarte specifice, gazul supraîncălzit se transformă într-o "supă" de particule încărcate liber, numite plasmă. În această stare, hidrogenul începe să fuzioneze în heliu energetic. Așa stelele tinere ard, folosind hidrogenul comprimat de gravitatea proprie a stelelor. Pe măsură ce dispozitivele de fuziune devin mai mari și plasma din ele devine mai fierbinte și mai comprimată, există speranța că, într-o bună zi, să ajungă la „aprindere” - punctul în care plasma se încălzește singură fără intrare externă.

Un alt proces galactic ar putea ajuta la crearea fuziunii legate de Pământ. Pe măsură ce plasma soarelui se învârte, substanța generează un câmp magnetic puternic. Uneori, acest câmp este atât de puternic subliniat încât liniile sale de câmp sunt forțate împreună, moment în care Soarele eliberează o cantitate imensă de energie în spațiu, cunoscută sub numele de flacără solară. Uneori, flacăra explodează direct în direcția Pământului, trimițând un flux de particule solare puternic încărcate pe planetă.

Când particulele solare se apropie de Pământ, ele denaturează câmpul său magnetic, ceea ce permite unor particule încărcate să intre în atmosferă la Polul Nord și Sud. Pe măsură ce particulele interacționează cu gazele din atmosfera Pământului, aceste gaze încep să strălucească. În nord, aceasta este cunoscută sub numele de aurora borealis, sau Northern Lights. Lumini de Sud, văzute în emisfera sudică, sunt numite aurora australis. [Galerie: Imagini cu Aurora superba]

Dacă acest vânt solar este deosebit de puternic, poate provoca deconectarea liniilor câmpului magnetic al planetei. Apoi, după ce se deplasează aproximativ o treime din drum de pe Pământ pe Lună, aceste linii se reconectează și se fixează în poziție. În acest proces, leagănul încărcă particule solare către atmosfera Pământului, declanșând aurora. Această rupere și reconectare a liniilor câmpului magnetic direcționat opus se numește reconectare magnetică. De altfel, oamenii de știință consideră, de asemenea, că puterile de reconectare magnetică solare se aprind singure.

Cu aurora borealis, de exemplu, luminile nordice apar de obicei în apropierea Polului Nord, dar cu cât liniile de câmp magnetic se deconectează și se fixează înapoi, cu atât mai mult spre sud pot apărea luminile.

Cu toate acestea, reconectarea magnetică se întâmplă și pe o scară mult mai mică în timpul fuziunii nucleare în laborator. Și acest proces ar putea ajuta la eficientizarea energiei fuziunii nucleare, au raportat cercetătorii pe 14 martie în revista Physical Review Letters.

Pelete compresive

Pentru a declanșa fuziunea pe Pământ, oamenii de știință comprimă o peletă de izotopi de hidrogen cu ajutorul unor lasere puternice, până când combustibilul atinge o densitate și temperatură similare ca cea din interiorul unei stele.

Problema este însă că direcționarea unui laser către o peletă de combustibil nu o comprimă deloc uniform; în schimb, peleta se deformează.

"Este foarte dificil să stoarceți peletele în mod uniform. Pur și simplu nu se comprimă într-o sferă plăcută, netedă", a spus Alexander Thomas de la Universitatea Michigan, care este coautor în noua lucrare. „Și dacă nu este uniformă și uniformă, nu va atinge temperatura și densitatea suficientă pentru a face combustibilul să ardă complet, și veți ajunge să puneți mult mai multă energie laser decât cantitatea de energie de fuziune pe care o obțineți..“

Pentru a rezolva această problemă, instalațiile moderne de fuziune plasează peletele în interiorul unui recipient metalic. Grinzile laser sunt destinate să încălzească pereții interiori ai recipientului, declanșând un duș intens de raze X care este menit să încălzească uniform peleta.

În teorie, acest lucru ar trebui să comprime combustibilul într-o sferă netedă și uniformă. Dar nu merge, a spus Thomas.

"Se întâmplă dintr-o varietate de motive, inclusiv pentru că laserele generează și câmpuri magnetice foarte puternice - în jur de 100 de Tesla - pe suprafața interioară a canistrului. Ele acționează ca o barieră, oprind căldura să se răspândească uniform", a spus Thomas. (Tesla este o măsurătoare a rezistenței câmpului magnetic.) „Este ca și cum fiecare laser ar produce o„ pată ”pe cavitate, ceea ce face ca distribuția finală a temperaturii să fie„ spotty ”, iar peletul să fie stors într-un blob, nu o sferă frumoasă. "

Îndepărtarea spoturilor

Thomas și colegii săi sugerează acum că cheia aplicării uniformă a căldurii ar putea fi reconectarea magnetică.

"În jurul fiecărui loc" laser "de pe recipient, există plasme magnetice spontane auto-generate în plasmă, iar planul nostru este de a face ca aceste câmpuri să se rupă și apoi să se reconecteze", a spus Thomas. [Fizică răsucită: 7 constatări suflante]

Spargerea și reconectarea câmpurilor magnetice ar schimba forma plasmei și redirecționa fluxul de electroni care transportă energia termică, răspândind căldura mai uniform.

Oamenii de știință au folosit un computer pentru a simula procesul de reconectare magnetică în plasmă, la două puncte fierbinți laser vecine.

Simulările au arătat că „câmpurile magnetice pot fi împinse prin fluxuri de căldură, iar reconectarea câmpurilor poate fi condusă de aceste fluxuri”, a declarat Will Fox, unul dintre cercetătorii studiului de la Princeton Plasma Physics Laborator.

În acest moment, cercetătorii încă nu știu exact cum să facă această reconectare cât mai eficientă, deoarece "ne aflăm într-o etapă atât de timpurie de înțelegere [a procesului]. Și studiul nu a fost o privire exhaustivă la toate variabilele, doar o primă demonstrație conform căreia acest proces se poate produce ”, a spus Fox pentru WordsSideKick.com.

Scott Wilks, un fizician în plasmă care nu a fost implicat la studiu și care lucrează la Laboratorul Național Lawrence Livermore, numește rezultatele importante.

"În funcție de cât de suprapuse sunt fasciculele laser pe perete, această teorie ar fi un loc minunat pentru a începe, pentru a începe să explic aceste câmpuri magnetice observate. De obicei, oamenii cred că doriți cea mai bună distribuție a fasciculului laser pe întregul perete pentru cea mai bună simetrie. De multe ori, pur și simplu, nu există suficiente fascicule laser pentru a face acest lucru. Această lucrare implică faptul că pot exista configurații alternative ale fasciculului laser pentru a realiza acest lucru prin exploatarea reconectării magnetice ", a declarat Wilks pentru WordsSideKick.com.

Cu toate acestea, există câteva limitări asociate cu simulările actuale. Acestea includ dimensiunea mică a sistemului, modelarea de ori mai scurtă decât experimentul real și incapacitatea particulelor de a se deplasa în toate cele trei dimensiuni din caseta de simulare.

„Cu toate acestea, calculatoarele viitoare cu mai multă memorie și viteze de calcul mai rapide ar permite cercetătorilor să investigheze dacă acest efect joacă un rol important în experimentele actuale legate de fuziune”, a spus Wilks.

Google+. Urmează-ne @wordssidekick, Facebook. Articolul original despre știința în direct. Urmați autorul pe Twitter @SciTech_Cat






Descoperiri Științifice

Cercetare


Science News


Fosilul Dinozaurilor „Longhorn” Descoperit În Utah
Fosilul Dinozaurilor „Longhorn” Descoperit În Utah

Agenții De Vânătoare Extratereștri Caută Adevărul Despre Ozn-Urile Din „Cartea Albastră A Proiectului”
Agenții De Vânătoare Extratereștri Caută Adevărul Despre Ozn-Urile Din „Cartea Albastră A Proiectului”

Bulele De Metan Agravează Încălzirea Globală
Bulele De Metan Agravează Încălzirea Globală

Roboți Umanoizi Către Mașini Zburătoare: 10 Proiecte Darpa Cele Mai Cool
Roboți Umanoizi Către Mașini Zburătoare: 10 Proiecte Darpa Cele Mai Cool

Poza De Lumină Maya: Mesaj De La Dumnezeu, Sau Iphone Glitch?
Poza De Lumină Maya: Mesaj De La Dumnezeu, Sau Iphone Glitch?


RO.WordsSideKick.com
Toate Drepturile Rezervate!
Reproducerea Oricăror Materiale Permise Prostanovkoy Doar Link-Ul Activ La Site-Ul RO.WordsSideKick.com

© 2005–2020 RO.WordsSideKick.com