به گزارش خبرنگار علمی و فناوری برنا، دانشمندان با همانند‌سازی‌های پیشرفته، راهکاری نوین برای افزایش بازده انرژی همجوشی اراعه کرده‌اند که با حذف «حالت‌های کند»، امواج غیرمفیدی که زمان گرم‌کردن پلاسمای همجوشی انرژی را هدر خواهند داد، کارایی را بهبود می‌بخشد.

چالش گرم‌کردن پلاسما برای همجوشی

برای تشکیل عکس العمل‌های همجوشی، پلاسما باید به دما‌های زیاد بالایی برسد. یکی از راه حلهای گرم‌کردن پلاسما منفعت گیری از امواج الکترومغناطیسی شبیه امواج مایکروویو است. اما در کنار امواج گرمایشی مورد نظر، بعضی اوقات امواج کندی تشکیل می‌شود که به جای پشتیبانی به گرم‌کردن، انرژی را هدر خواهند داد.

پژوهشگران آزمایشگاه فیزیک پلاسما پرینستون (PPPL) با همانند‌سازی‌های پیشرفته کامپیوتری، روشی برای جلوگیری از تشکیل این امواج کند یافتند که به منفعت گیری مؤثرتر از انرژی در گرم‌کردن پلاسما پشتیبانی می‌کند. این دستاورد می‌تواند گامی مهم به سوی دستیابی به انرژی همجوشی پایدار باشد.

یون-هوا کیم، فیزیک‌دان ارشد پژوهش و نویسنده مهم مقاله، او گفت: این نخستین بار است که دانشمندان از همانند‌سازی‌های دوبعدی برای بازدید افت امواج کند منفعت گیری می‌کنند. نتایج می‌تواند به بهبود فرآیند گرم‌کردن پلاسما و تسهیل دستیابی به انرژی همجوشی پشتیبانی کند.

تنظیم صفحه فارادی برای کارکرد بهینه

این تیم تحقیقاتی، با همکاری پژوهشگران General Atomics که از دستگاه همجوشی توکاماک DIII-D منفعت گیری می‌کنند، نشان دادند که زاویه‌دادن صفحه فلزی معروف به «صفحه فارادی» به مقدار ۵ درجه نسبت به آنتن تولیدکننده امواج گرمایشی (امواج هلیکن)، از تشکیل امواج کند جلوگیری می‌کند.

امواج کند برخلاف امواج هلیکن نمی توانند خطوط میدان مغناطیسی محدودکننده پلاسما را نفوذ کنند تا هسته پلاسما را، جایی که زیاد تر عکس العمل‌های همجوشی رخ می‌دهد، گرم کنند. این امواج به‌راحتی توسط خود پلاسما جذب شده و از بین می‌روال، به این علت هر انرژی مصرف‌شده برای تشکیل آنها، تلف می‌شود.

همانند‌سازی موفق با کد Petra-M

پژوهشگران برای همانند‌سازی تشکیل امواج هلیکن و امواج کند، از برنامه کامپیوتری قوی Petra-M منفعت گیری کردند. این همانند‌سازی‌ها شرایط دستگاه توکاماک DIII-D را بازسازی کرده و آزمایش‌های مجازی بسیاری را برای بازدید اثرات زاویه آنتن، زاویه صفحه فارادی و چگالی الکترون‌ها در روبه رو آنتن انجام دادند.

نتایج نشان داد که هنگامی صفحه فارادی با زاویه‌ای کمتر از ۵ درجه نسبت به آنتن قرار می‌گیرد، عملاً امواج کند خنثی شده و پیش از انتشار کردن در پلاسما از بین می‌روال.

حساسیت امواج کند به زاویه صفحه فارادی

تشکیل امواج کند به شدت به زاویه صفحه فارادی وابسته است. ماسایوکی اونو، یکی از نویسندگان مقاله، او گفت: ما دریافتیم که حتی اندکی تجاوز از زاویه ۵ درجه می‌تواند به افزایش قابل دقت امواج کند منجر شود. این مقدار حساسیت ما را شگفت‌زده کرد.

پژوهشگران تصمیم دارند همانند‌سازی‌های دقیق‌تری انجام بدهند که خواص بیشتری از پلاسما و اطلاعات دقیق‌تر درمورد آنتن را در نظر بگیرد. این یافته‌ها می‌تواند به طراحی مؤثرتر تأسیسات همجوشی آینده پشتیبانی کند.

انتهای مطلب/