پیشرفت در میدان‌های مغناطیسی می‌تواند محصورسازی پلاسمای گداخت را بهبود بخشد

برای دهه‌ها، دانشمندان در حال کار بر روی توسعه راکتورهایی هستند که بتوانند گداخت را برای تامین نیاز رو به افزایش به انرژی پاک و نامحدود محقق کنند.

موفقیت چنین آزمایش‌هایی به چندین عامل کلیدی بستگی دارد، از جمله بهینه‌سازی میدان‌های مغناطیسی که می‌توانند محصورسازی پلاسمای گداخت بهتری را نشان دهند.

محققان در Laboratorio Nacional de Fusión–CIEMAT خانواده‌ی جدیدی از میدان‌های مغناطیسی را معرفی کرده‌اند که ادعا می‌شود برای محصورسازی ذرات در دستگاه‌های گداخت مناسب‌تر است.

گام مهمی برای تحقق راکتورهای گداخت

با کمک چنین میدان ‌ی مغناطیسی، محققان تأکید می‌کنند که دستگاه‌ها نیاز به پیکربندی‌های پیچیده‌تری ندارند. این توسعه جدید به عنوان یک گام کلیدی برای تحقق راکتورهای گداخت ادعا می‌شود.

مطالعه‌ای که در Physical Review Letters منتشر شده است، خانواده‌ی جدیدی از میدان‌های بهینه‌سازی شده را که انتقال انرژی تصادم‌مانند توکامک را نشان می‌دهند در حالی که دارای ذرات انتقالی هستند، ارائه می‌دهد. این نتیجه به طرز چشمگیری فضای پیکربندی‌های مرتبط با راکتور را گسترش می‌دهد.

پژوهشگران بر میدان‌های مغناطیسی کمتر فهمیده شده‌ای تمرکز کرده‌اند که می‌توانند طراحی راکتورهای ستللیتر آینده را اطلاع دهند.

José Luis Velasco، نویسنده‌ی اول مقاله، اظهار داشت که در سال‌های اخیر، ابتکارات زیادی برای طراحی و ساختن دستگاه‌های تجربی گداختی جدید و نمونه‌های راکتور پیشنهاد شده است.

"وقتی این پروژه‌ها میدان مغناطیسی که پلاسمای گداختی را محصور می‌کند را طراحی می‌کنند، تقریبا همه آنها سعی می‌کنند میدان را همه‌جهت کنند،" گفت Velasco.

"واقعیتی که تحقیقات ما را الهام بخشید این است که جامعه گداخت واقعا می‌دانست که امکان دارد میدان‌های مغناطیسی وجود داشته باشد که بسیار دور از همه‌جهتی هستند اما هنوز محصورسازی پلاسمای خوبی نشان می‌دهند (مثلا، دستگاه آزمایشی بزرگ هلکال که در ژاپن کار می‌کند و برخی آزمایش‌های عددی قدیمی و اخیر در ایالات متحده)."

میدان‌های مغناطیسی همه‌جهت

در میدان‌های مغناطیسی همه‌جهت، ذرات باردار در غیاب تصادم و توربولانس کاملا محصور می‌شوند. به همین دلیل، پیکربندی میدان مغناطیسی بهینه‌سازی می‌شود تا در هر کاندیدای راکتور ستللیتر به نزدیکی همه‌جهت برسد.

محققان معتقدند که نزدیک‌شدن به همه‌جهتی محدودیت‌های شدیدی را بر تغییرات فضایی میدان مغناطیسی اعمال می‌کند. به خصوص، توپولوژی خطوط قدرت میدان مغناطیسی ثابت در هر سطح مغناطیسی باید طوری باشد که هیچ ذره‌ای بین انواع مختلف چاه‌ها منتقل نشود. این به نوبه خود معمولاً منجر به اشکال پیچیده‌ی پلاسمایی و کویل‌ها می‌شود، طبق مطالعه‌ای با عنوان 'Piecewise Omnigenous Stellarators.'

بهینه‌سازی استللاریتور 'به‌عنوان یک کل'

تولید برق با واکنش گداخت زمانی ممکن خواهد بود که پلاسما درون استللاریتورها به اندازه کافی گرم باشد، که می‌تواند پس از طراحی دقیق میدان‌های مغناطیسی که برای محصورسازی ذرات استفاده می‌شود، حاصل شود.

این فرایند به نام "بهینه‌سازی استللاریتور" شناخته می‌شود که اطمینان می‌دهد ذراتی که پلاسمای گداخت را تشکیل می‌دهند در طول مسیرهای خود نزدیک به همان سطح مغناطیسی باقی می‌مانند.

Velasco تأکید کرد که با این حال، برای دستیابی به همه‌جهتی، لازم است استللاریتور 'به عنوان یک کل' بهینه‌سازی شود.

محققان دریافتند که خواص محصورسازی مشابهی به دست آمده است اگر هر سطح مغناطیسی استللاریتور را به چندین قطعه 'تقسیم' کرده و هر یک را به صورت جداگانه بهینه‌سازی کنند. از این رو نام 'تکه‌تکه‌ی همه‌جهت'، که در Phys.org گزارش شده است.