در یک قدمی انرژی بی انتها
به گزارش گردو دانلود، محققان مرکز ملی همجوشی DIII-D در ایالات متحده موفق به کشف روشی انقلابی برای مهار فوران های مخرب پلاسما شدند. این موفقیت بزرگ که بر کنترل چگالی لایه های بیرونی پلاسما تمرکز دارد، مانع از لطمه به دیواره های راکتور (توکامک) شده و مسیر را برای فعالیت مداوم و تجاری نیروگاه های همجوشی هسته ای هموار می کند.
تینا مزدکی_پژوهشگران مرکز ملی همجوشی DIII-D به موفقیت رسیدند راهکاری برای یکی از بزرگترین چالش های مهندسی در راه رسیدن به انرژی همجوشی پیدا کنند: «تلفیق هسته و لبه» (Core-Edge Integration). این تیم روشی جدید برای رام کردن فوران های انرژی مخربی شناسایی کرده اند که پیش از این سلامت ساختاری نیروگاه های آینده را تهدید می کرد.
دانشمندان با کنترل دقیق چگالی بیرونی ترین لایه پلاسما، با موفقیت نشان دادند که میتوان ناپایداری های بزرگ و لطمه رسان را سرکوب کرد، در حالیکه همزمان عملکرد فوق العاده دمای هسته برای تولید انرژی حفظ می شود.
چالش همگام سازی هسته و لبه پلاسما یک راکتور همجوشی برای تولید انرژی باید دمای هسته پلاسما را به میلیونها درجه برساند. با این وجود، این دمای فوق العاده محیطی ناپایدار بوجود می آورد که در آن پلاسما گرفتار پدیده ای به نام «مودهای موضعی لبه» (ELMs) می شود؛ انفجارهای ناگهانی و خشنی که مانند صاعقه های کوچک به دیواره های داخلی دستگاه برخورد می کنند.
به جهت اینکه یک نیروگاه تجاری بتواند در طولانی مدت بدون ذوب شدن قطعات داخلی خود فعالیت کند، باید به حالت «تلفیق هسته و لبه» برسد؛ وضعیتی که در آن مرکز راکتور به میزان کافی برای همجوشی داغ بماند، اما لبه های آن به قدری پایدار باشند که به «پوست» یا بدنه راکتور صدمه ای نرسد.
راهکاری مبتنی بر فیزیک بااینکه دانشمندان از گذشته های دور می دانستند که چگالی بالاتر در لبه پلاسما منجر به انفجارهای (ELM) کوچک تر می شود، اما فیزیک پشت این ماجرا یک معما بود. تیم DIII-D با استفاده از کد شبیه سازی پیشرفته ++BOUT، به رژیم خاصی دست پیدا کردند که در آن چگالی بالا در لایه بیرونی (جایی که پلاسما با دیواره برخورد می کند)، ماهیت این ناپایداری ها را به صورت بنیادی تغییر می دهد.
این مطالعه نشان داد که چگالی بالای لبه پلاسما، ناپایداری های بزرگ مقیاس را مهار کرده و در عوض، پالس های انرژی کوچک و بی خطری بوجود می آورد که تنها منجر به تلاطم های جزیی می شوند. نکته حیاتی اینجاست که برعکس شیوه های قبلی که موجب نشت گرما و کاهش کارآیی می شدند، این رویکرد جدید بازدهی بالای هسته را بطورکامل حفظ می نماید.
تأثیر بر راکتورهای نسل آینده آزمایش های این تیم تأیید کرد که با شکل گیری به پروفایل چگالی پلاسما، میتوان به صورت پایدار در وضعیت «انفجارهای کوچک و قابل تحمل» باقی ماند. این موفقیت فراتر از یک پیشرفت تئوری، معیارهای تشخیصی کلیدی را برای کنترل لحظه ای (Real-time) در دستگاههای عظیمی مانند راکتور ایتر (ITER) فراهم نموده است.
پژوهشگران در بیانیه خود تاکید کردند: «این کار بینش های عملی برای طراحی نیروگاه های همجوشی آینده ارائه می کند. تولید تجاری انرژی همجوشی به توانایی تولید پلاسمایی وابسته است که در لبه ها شار گرمایی کمی داشته باشد و در هسته، محصورشدگی بالایی را حفظ کند.»
با حل معمای تلفیق هسته و لبه، مرکز DIII-D در عمل علم همجوشی را از یک فیزیک آزمایشگاهی بسمت مهندسی کاربردی برای رسیدن به آینده ای با انرژی پاک و بدون کربن سوق داده است.
منبع: interestingengineering
منبع: گردو دانلود
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
عقیده کاربران گردو دانلود در مورد این مطلب