Magnetiserende laserdrevne inertifusionsimplosioner

Nuklear fusion er en meget undersøgt proces, hvorigennem atomkerner med et lavt atomnummer smelter sammen for at danne en tungere kerne, mens de frigiver en stor mængde energi. Nukleare fusionsreaktioner kan fremstilles ved hjælp af en metode kendt som inertial indeslutningsfusion, som indebærer brug af kraftige lasere til at implodere en brændstofkapsel og producere plasma.

Forskere ved Massachusetts Institute of Technology (MIT), University of Delaware, University of Rochester, Lawrence Livermore National Laboratory, Imperial College London og University of Rome La Sapienza har for nylig vist, hvad der sker med denne implosion, når man anvender et stærkt magnetfelt på brændstofkapslen, der bruges til inertial indeslutningsfusion. Deres papir, udgivet i Physical Review Letters , viser, at stærke magnetiske felter udflader formen af ​​inertifusionsimplosioner.

"I inertial indeslutningsfusion imploderes en millimeter-størrelse kugleformet kapsel ved hjælp af højeffektlasere til kernefusion," fortalte Arijit Bose, en af ​​forskerne, der udførte undersøgelsen, til Phys.org. "At påføre et magnetfelt på implosionerne kan spænde de ladede plasmapartikler fast til B-feltet og forbedre deres chancer for fusion. Men eftersom magnetfelt kan begrænse plasmapartiklernes bevægelse kun i retningen på tværs af feltlinjerne og ikke i retningen langs de anvendte feltlinjer, kan dette introducere forskelle mellem de to retninger, der påvirker implosionsformen."

I løbet af det sidste årti har flere fysikere undersøgt de mulige virkninger af magnetiserende fusionsimplosioner. De fleste af deres undersøgelser var dog numeriske og testede ikke hypoteser i eksperimentelle omgivelser.

Bose og hans kolleger besluttede således at udføre en række tests for empirisk at bestemme, hvad der sker med formen af ​​inertifusionsimplosioner under en stærk magnetisering. Deres eksperimenter var specifikt designet til at udforske egenskaberne af stærkt magnetiserede plasmaer ved at producere unikke plasmabetingelser. Under disse forhold er plasmaionerne og elektronerne begge magnetiserede.

"Det er værd at bemærke, at magnetiseringen af ​​plasmaioner er meget vanskelig at opnå og ikke er blevet undersøgt ved højeffektlasere," forklarede Bose. "For at udføre vores test brugte vi et ekstremt højt 50T magnetfelt, meget højere end dem, der blev brugt i tidligere eksperimenter, og brugte stød til at drive implosionseksperimenterne på OMEGA-laseranlægget. Vi fandt for første gang, at dette felt fladte formen af ​​implosionen, så den blev mere oblate."

Forskerne udførte deres eksperimenter på OMEGA-laseranlægget, der ligger ved Laboratory for Laser Energetics i Rochester, New York. Specifikt påførte de høje B-felter (dvs. med styrker 1000 gange højere end typiske stangmagneter) på en sfærisk kapsel i millimeterstørrelse, som blev opvarmet til over 100 millioner K ved hjælp af et laserdrevet stød.

"Chokopvarmningen og det påførte B-felt producerede unikke plasmaforhold med stærkt magnetiserede elektroner og ioner, som var vigtige for eksperimenterne," sagde Bose. "Gennem simuleringer fandt vi derefter ud af, at denne oblateform er forårsaget af undertrykkelsen af ​​varmestrømmen (vinkelret på retningen af ​​det magnetiske felt) i det stærkt magnetiserede plasma."

Det nylige arbejde fra dette hold af forskere giver ny værdifuld indsigt om inertielle fusionsimplosioner og de virkninger, som magnetiske felter kan have på dem. I fremtiden vil metoden, de skitserede, kunne bruges af andre hold til at producere stærkt magnetiserede elektroner og ioner i eksperimentelle omgivelser ved hjælp af kraftige lasere.

"Mest bemærkelsesværdigt var vi de første til at observere, at det påførte magnetiske felt fladdede implosionsformen," tilføjede Bose. "I vores næste undersøgelser planlægger vi at bruge 'opskriften' skitseret i vores papir til at udføre flere eksperimenter med det formål at producere stærkt magnetiserede elektroner og ioner for at undersøge effekten af ​​magnetisering på transportegenskaber." + Udforsk yderligere

Afsløring af en ny måde at bringe den energi, der driver solen og stjernerne til Jorden

© 2022 Science X Network