کشف چین در زمینه همجوشی هسته‌ای انرژی مرموزی را برای تقویت پلاسما پیدا کرده است
تلاشی مشترک بین پژوهشگران دانشگاه شانگهای جیاتونگ و آکادمی علوم چین به توسعه یک کد شبیه‌سازی بر یک مدل برخورد همجوشی هسته‌ای که فیزیک یون‌های فراگرمایی در پلاسمای سوزان را آشکار کرده است، انجامید.
این امر به بهبود درک ما از چگونگی وقوع واکنش‌های همجوشی هسته‌ای و چگونگی بهبود آنها کمک می‌کند.
در تلاش ما برای انتقال به انرژی پاک، همجوشی هسته‌ای یک جزء حیاتی است. بازتولید واکنش‌هایی که نیرو به خورشید می‌دهند در زمین می‌تواند به ما کمک کند تا انرژی بی‌پایان بدون انتشار گازهای گرم کننده زمین را باز کنیم. برای رسیدن به آنجا، ابتدا باید در استخراج انرژی بیشتری از یک رآکتور همجوشی هسته‌ای نسبت به انرژی ورودی خود موفق شویم.
بشر در این راستا مقداری پیشرفت کرده است وقتی که تأسیسات ملی احتراق (NIF) آمریکا در دسامبر 2022 به دست‌آوردی نت موفق شد که 3.15 میلیون ژول (MJ) انرژی کسب کند. برای پیشرفت بیشتر، دانشمندان بر یک دست‌آورد دیگر NIF که در فوریه 2021 محقق شده است متمرکز شده‌اند - برای اولین بار پلاسمای سوزان.
پلاسمای سوزان چیست؟
در رویکرد NIF برای بهره‌برداری از انرژی همجوشی ، مخلوط سوخت دوتریوم و تریتیوم (DT) تحت شرایط واکنش مشابه با آنچه در ستارگان وجود دارد به فروپاشی می‌رسد. NIF این رویکرد را به عنوان همجوشی مهار قهری (ICF) می‌نامد.
در ICF، هنگامی که انرژی دلچسبه آلفا ذرات بیشتر از حد لازم برای دستیابی به فروپاشی می‌شود، مخلوط واکنش وارد وضعیت سوزان می‌شود که چگالی انرژی در پلاسما را تقویت می‌کند، همچنین به عنوان پلاسمای سوزان شناخته می‌شود.
در حالی که این وضعیت می‌تواند به بازگشایی انرژی همجوشی ما کمک کند، همچنین به ما تصاویری از شرایط اولیه جهان را می‌دهد. آزمایش‌های بعدی در NIF اطلاعات بیشتری درباره این شرایط به ما ارائه داد اما همچنین نواقصی در داده‌های سری طیف نوترون‌ها را به رو آورد.
یون‌های فراگرمایی
به طور سنتی، رفتار ذرات در محیط‌های همجوشی بر اساس توزیع‌های ماکسول در نظر گرفته شده است. با این حال، پژوهشگران دریافتند که این رویکرد اثرات حرکتی بحرانی در سناریوهای ناکاملیتی را نادیده می‌گیرد و حضور یون‌های فراگرمایی را توضیح نمی‌دهد.
برای غلبه بر این مشکل، یک تیم پژوهشی به سرپرستی جیه ژانگ در آکادمی علوم چین مدلی نوآورانه و چند وجهی مبتنی بر دینامیک برخورد زاویه بزرگ پیشنهاد کردند.
با استفاده از یک کد شبیه‌سازی هیبرید-ذره-در-سلولی به نام LAPINS، تیم شبیه‌سازی‌های دقیق بالا از پلاسما سوزان ICF انجام دادند تا بینش‌هایی در واکنش همجوشی پیدا کنند. آنها دریافتند که برخوردهای زاویه بزرگ واکنش احتراق را در 10 پیکوثانیه به پیش می‌برند، که می‌تواند بهبود واکنش‌های همجوشی را کمک کند.
شبیه‌سازی حضور یون‌های فراگرمایی D را با انرژی‌های کمتر از جنوب آستانه 34 کیلوولت تشخیص داد. این امر مهم است زیرا واریز انرژی دو برابر ذرات آلفا است. تیم همچنین دریافت که چگالی ذرات آلفا در مرکز نقطه داغ 24 درصد افزایش یافته است.
اطلاعاتی که از این آزمایش‌ها به دست آمده است، به ما در تنظیم دقیق شرایط واکنش‌ها کمک می‌کند و می‌فهمد که چگونه چگالی‌های انرژی بالا بر تکامل پلاسما تأثیر می‌گذارد. در طولانی مدت، این امر به ما کمک می‌کند تا بینش‌های بیشتری به فرآیندهای گسترش جهان ما نیز کسب کنیم.
یافته‌های تحقیقاتی در مجله Science Bulletin منتشر شده است.
