يمثل هذا الاكتشاف المحوري قفزة كبيرة إلى الأمام في تطوير مفاعلات الطاقة الاندماجية

استخدم الباحثون موجات ألففين لإخماد الإلكترونات المتدفقة في أجهزة الاندماج توكاماك، مما يوفر آثارًا كبيرة على مشاريع طاقة الاندماج المستقبلية، بما في ذلك ITER في فرنسا.

العلماء بقيادة تشانغ ليو من مختبر فيزياء البلازما في برينستون (بي بي بي إل) قدمت طريقة واعدة للتخفيف من ضرر الإلكترونات الهاربة الناتجة عن الاضطرابات في أجهزة دمج توكاماك. مفتاح هذا النهج هو استخدام نوع فريد بلازما موجة سميت على اسم عالم الفيزياء الفلكية الحائز على جائزة نوبل عام 1970 هانز ألففين.

من المعروف منذ فترة طويلة أن موجات ألففين تعمل على تخفيف حجز الجسيمات عالية الطاقة في مفاعلات توكاماك، مما يسمح لبعضها بالهروب وتقليل كفاءة الأجهزة على شكل كعكة الدونات. ومع ذلك، كشفت النتائج الجديدة التي توصل إليها تشانغ ليو والباحثون في جنرال أتوميكس وجامعة كولومبيا وBBBL عن نتائج مفيدة في حالة الإلكترونات الهاربة.

عملية دائرية كبيرة

ووجد العلماء أن مثل هذا الاسترخاء يمكن أن يتسبب في انتشار أو تبعثر الإلكترونات عالية الطاقة قبل أن تتطور التوكاماك إلى انهيارات ثلجية تلحق الضرر بالمكونات. تم تحديد العملية لتكون دائرية بشكل ملحوظ: فالمدارج تخلق عدم استقرار مما يخلق موجات ألففين التي تمنع تشكل الانهيارات الجليدية.

وقال ليو، الباحث في BBBL والمؤلف الرئيسي لورقة تصف النتائج: “توفر هذه النتائج تفسيرا شاملا للمراقبة المباشرة لموجات ألففين في تجارب الاضطراب”. رسائل المراجعة البدنية. “تثبت النتائج وجود صلة فريدة بين هذه الأساليب وتوليد الإلكترونات الهاربة.”

تشانغ ليو. ائتمان: إيل ستاركمان

واستنتج الباحثون نظرية للدائرة الملحوظة لهذه التفاعلات. تطابقت النتائج مع المدارج في DIII-D National Fusion Facility، DOE Tokamak، في التجارب التي أجرتها شركة General Atomics لمكتب العلوم. كانت اختبارات النظرية إيجابية أيضًا على الكمبيوتر العملاق Summit الموجود في مختبر أوك ريدج الوطني.

قال فيليكس بارا دياز، رئيس قسم النظريات في BBBL: “يُظهر عمل تشانغ ليو أنه يمكن التحكم في عدد الإلكترونات الهاربة من خلال حالات عدم الاستقرار التي تحركها الإلكترونات الهاربة”. “إن بحثه مثير للغاية لأنه يمكن أن يؤدي إلى تصميمات توكاماك التي تقلل بشكل طبيعي من تلف الإلكترون الجامح من خلال عدم الاستقرار الجوهري.”

بالوعة الحرارة

تبدأ الاضطرابات بانخفاض حاد في درجة حرارة المليون درجة المطلوبة لتفاعلات الاندماج. تُطلق هذه القطرات، المعروفة باسم “التدلي الحراري”، انهيارات ثلجية في مدارج الطائرات تشبه الانهيارات الأرضية التي تسببها الزلازل. وقال ليو “إن السيطرة على الاضطرابات تمثل تحديا رئيسيا لنجاح التوكاماك”.

تجمع تفاعلات الاندماج العناصر الضوئية لتكوين البلازما – وهي حالة مادة ساخنة ومشحونة تتكون من نوى تسمى الإلكترونات والأيونات الحرة – وتطلق كميات هائلة من الطاقة التي تزود الشمس والنجوم بالطاقة. إن التخفيف من مخاطر الاضطرابات والإلكترونات الهاربة من شأنه أن يوفر ميزة واضحة لمرافق توكاماك المصممة لإعادة إنتاج العملية.

إن التخفيف من مخاطر الاضطرابات والإلكترونات الهاربة من شأنه أن يوفر ميزة واضحة لمرافق توكاماك المصممة لإعادة إنتاج العملية.

يمكن أن تكون طاقة الاندماج النووي مصدرًا مهمًا للطاقة المستدامة لتكملة مصادر الطاقة المتجددة. يتم بناء ITER، أكبر تجربة اندماج في العالم، في فرنسا. الائتمان: نظام ITER

يمكن أن يكون للنهج الجديد آثار على تطوير ITER، وهو توكاماك دولي يتم بناؤه في فرنسا والذي سيثبت التطبيق العملي لطاقة الاندماج ويمثل خطوة كبيرة في تطوير محطات توليد الطاقة الاندماجية.

وقال ليو: “إن النتائج التي توصلنا إليها مهدت الطريق لتطوير استراتيجيات جديدة للتخفيف من انجراف الإلكترونات”. الآن في مرحلة التخطيط، هناك حملات اختبارية تهدف فيها مراكز الأبحاث الثلاثة إلى مواصلة تطوير نتائج المدرج المذهلة.