اصلاح ۵ درجه‌ای که راه همجوشی انرژی را هموار می‌کند

به گزارش خبرنگار علمی و فناوری برنا، دانشمندان با شبیه‌سازی‌های پیشرفته، راهکاری نوین برای افزایش بازده انرژی همجوشی ارائه کرده‌اند که با حذف «حالت‌های کند»، امواج غیرمفیدی که هنگام گرم‌کردن پلاسمای همجوشی انرژی را هدر می‌دهند، کارایی را بهبود می‌بخشد.

چالش گرم‌کردن پلاسما برای همجوشی

برای ایجاد واکنش‌های همجوشی، پلاسما باید به دما‌های بسیار بالایی برسد. یکی از روش‌های گرم‌کردن پلاسما استفاده از امواج الکترومغناطیسی مشابه امواج مایکروویو است. اما در کنار امواج گرمایشی مورد نظر، گاهی امواج کندی تولید می‌شود که به جای کمک به گرم‌کردن، انرژی را هدر می‌دهند.

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

یون-هوا کیم، فیزیک‌دان ارشد پژوهش و نویسنده اصلی مقاله، گفت: این نخستین بار است که دانشمندان از شبیه‌سازی‌های دوبعدی برای بررسی کاهش امواج کند استفاده می‌کنند. نتایج می‌تواند به بهبود فرآیند گرم‌کردن پلاسما و تسهیل دستیابی به انرژی همجوشی کمک کند.

تنظیم صفحه فارادی برای عملکرد بهینه

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

امواج کند برخلاف امواج هلیکن نمی‌توانند خطوط میدان مغناطیسی محدودکننده پلاسما را نفوذ کنند تا هسته پلاسما را، جایی که بیشتر واکنش‌های همجوشی رخ می‌دهد، گرم کنند. این امواج به‌راحتی توسط خود پلاسما جذب شده و از بین می‌روند، بنابراین هر انرژی مصرف‌شده برای تولید آنها، تلف می‌شود.

شبیه‌سازی موفق با کد Petra-M

پژوهشگران برای شبیه‌سازی تولید امواج هلیکن و امواج کند، از برنامه کامپیوتری قدرتمند Petra-M استفاده کردند. این شبیه‌سازی‌ها شرایط دستگاه توکاماک DIII-D را بازسازی کرده و آزمایش‌های مجازی متعددی را برای بررسی اثرات زاویه آنتن، زاویه صفحه فارادی و چگالی الکترون‌ها در مقابل آنتن انجام دادند.

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

حساسیت امواج کند به زاویه صفحه فارادی

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

پژوهشگران قصد دارند شبیه‌سازی‌های دقیق‌تری انجام دهند که خواص بیشتری از پلاسما و اطلاعات دقیق‌تر درباره آنتن را در نظر بگیرد. این یافته‌ها می‌تواند به طراحی مؤثرتر تأسیسات همجوشی آینده کمک کند.

انتهای پیام/