Opdagelse af 10 faser af plasma fører til ny indsigt inden for fusion og plasmavidenskab

Forskere har opdaget en ny måde at klassificere magnetiserede plasmaer, der muligvis kan føre til fremskridt med at høste fusionsenergien på jorden, der driver solen og stjernerne. Opdagelsen af ​​teoretikere ved US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) fandt ud af, at et magnetiseret plasma har 10 unikke faser, og overgangene mellem dem kan have rige konsekvenser for praktisk udvikling.

De rumlige grænser, eller overgange, mellem forskellige faser vil understøtte lokaliserede bølge -excitationer, fandt forskerne. "Disse fund kan føre til mulige anvendelser af disse eksotiske excitationer i rummet og laboratorieplasmaer, "sagde Yichen Fu, en kandidatstuderende på PPPL og hovedforfatter af et papir i Naturkommunikation der skitserer forskningen. "Det næste trin er at undersøge, hvad disse ophidselser kan gøre, og hvordan de kan udnyttes."

Mulige anvendelser

Mulige anvendelser omfatter brug af excitationer til at skabe strøm i magnetiske fusionsplasmaer eller lette plasmarotation i fusionsforsøg. Imidlertid, "Vores papir overvejer ingen praktiske anvendelser, "sagde fysikeren Hong Qin, medforfatter af papiret og Fu's rådgiver. "Papiret er den grundlæggende teori, og teknologien vil følge den teoretiske forståelse."

Faktisk, "opdagelsen af ​​de ti faser i plasma markerer en primær udvikling inden for plasmafysik, "Sagde Qin." Det første og fremmeste trin i enhver videnskabelig bestræbelse er at klassificere de objekter, der undersøges. Enhver ny klassificeringsordning vil føre til forbedring af vores teoretiske forståelse og efterfølgende teknologiske fremskridt, " han sagde.

Qin nævner opdagelsen af ​​de vigtigste typer diabetes som et eksempel på den rolle, klassificering spiller i videnskabelige fremskridt. "Når man udvikler behandlinger mod diabetes, forskere fandt ud af, at der var tre hovedtyper, "sagde han." Nu kan læger effektivt behandle diabetespatienter. "

Fusion, som forskere rundt om i verden søger at producere på Jorden, kombinerer lette elementer i form af plasma - det varme, ladet tilstand af stof sammensat af frie elektroner og atomkerner, der udgør 99 procent af det synlige univers - for at frigive enorme mængder energi. Sådan energi kan tjene som en sikker og ren energikilde til produktion af elektricitet.

De plasmafaser, som PPPL har afdækket, er teknisk kendt som "topologiske faser, "angiver formerne for de bølger, der understøttes af plasma. Denne unikke egenskab af stof blev først opdaget inden for faget fysik i kondenseret stof i løbet af 1970'erne - en opdagelse, som fysiker Duncan Haldane fra Princeton University delte Nobelprisen 2016 for sit banebrydende arbejde.

Robust og iboende

De lokaliserede plasmabølger frembragt ved faseovergange er robuste og iboende, fordi de er "topologisk beskyttet, "Qin sagde." Opdagelsen af, at denne topologisk beskyttede excitation findes i magnetiserede plasmaer, er et stort skridt fremad, der kan udforskes til praktiske anvendelser, " han sagde.

For første forfatter Fu, "Det vigtigste fremskridt i avisen er at se på plasma baseret på dets topologiske egenskaber og identificere dets topologiske faser. Baseret på disse faser identificerer vi den nødvendige og tilstrækkelige betingelse for excitationerne af disse lokaliserede bølger. Hvad angår hvordan denne fremgang kan anvendes for at lette forskning i fusionsenergi, det må vi finde ud af. "