Μια πρόκληση στη φυσική του πλάσματος ήταν η κατανόηση της σύζευξης πολλαπλών κλιμάκων, μιας διαδικασίας όπου η αναταραχή σε επίπεδο σωματιδίων κλιμακώνεται για να επηρεάσει ολόκληρο το σύστημα πλάσματος.
Πειραματικές αποδείξεις
Ερευνητές από τη Νότια Κορέα παρείχαν πειραματικές αποδείξεις για τη «σύζευξη πολλαπλών κλιμάκων» στο πλάσμα. Η μελέτη καταδεικνύει πώς τα μικροσκοπικά γεγονότα μπορούν να προκαλέσουν αλλαγές μεγάλης κλίμακας σε αυτήν την κατάσταση της ύλης.
«Η διασταυρούμενη σύζευξη από μαγνητοϋδροδυναμική (MHD) σε κλίμακες εκτός MHD είναι σημαντική για την ερμηνεία των παρατηρήσεων εκρηκτικών γεγονότων στη φύση», δήλωσαν οι ερευνητές σε μια νέα μελέτη.
Τα ευρήματα έχουν επιπτώσεις στην ανάπτυξη τεχνολογίας πυρηνικής σύντηξης και στην έρευνα για την αστροφυσική.
Πείραμα με χρήση VEST
Η έρευνα επικεντρώνεται στο πλάσμα, μια κατάσταση της ύλης όπου οι υψηλές θερμοκρασίες προκαλούν τον διαχωρισμό ηλεκτρονίων από τους ατομικούς πυρήνες, δημιουργώντας ένα περιβάλλον φορτισμένων σωματιδίων.
Αυτή η μελέτη είχε ως στόχο να δείξει μια άμεση, αιτιώδη σύνδεση μεταξύ της μικροσκοπικής δραστηριότητας και των μακροσκοπικών δομικών αλλαγών, ένα φαινόμενο που δεν εξηγείται πλήρως από τις υπάρχουσες θεωρίες μαγνητοϋδροδυναμικής (MHD), οι οποίες αντιμετωπίζουν το πλάσμα ως ένα μόνο αγώγιμο ρευστό.
Η ομάδα διεξήγαγε το πείραμά της χρησιμοποιώντας την πειραματική συσκευή σφαιρικής τοροειδούς πυρηνικής σύντηξης (VEST) στο Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σεούλ.
«Το πείραμα διεξάγεται χρησιμοποιώντας δύο σχοινιά ροής σε μια τρισδιάστατη (3D) ελικοειδή διαμόρφωση μαγνητικού πεδίου στο Versatile Experiment Spherical Torus (VEST)», εξηγεί η μελέτη.
«Δύο ξεχωριστές δέσμες ηλεκτρονίων εκτοξεύονται κατά μήκος των γραμμών μαγνητικού πεδίου και σχηματίζουν μεμονωμένα σχοινιά ροής με ταχύτητα μετατόπισης υψηλότερη από την ταχύτητα Alfvén του περιβάλλοντος, οδηγώντας αποτελεσματικά μαγνητική αναταραχή μέσω ασταθειών που προκαλούνται από δέσμες».
Εκπληκτικά και πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα
Τα πειραματικά αποτελέσματα αναλύθηκαν και επικυρώθηκαν χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις σωματιδίων που εκτελούνται σε έναν υπερυπολογιστή στο KFE.
Το πείραμα έδειξε μια σαφή ακολουθία γεγονότων. Η επαγόμενη μικρο-αναταραχή οδήγησε σε μια διαδικασία που ονομάζεται μαγνητική επανασύνδεση, όπου οι γραμμές μαγνητικού πεδίου αναδιαμορφώθηκαν, μετατρέποντας τη μαγνητική ενέργεια σε θερμική ενέργεια. Αυτό το συμβάν επανασύνδεσης, με τη σειρά του, προκάλεσε τη συγχώνευση των δύο ξεχωριστών σχοινιών ροής σε μια ενιαία, μεγαλύτερη δομή.
Αυτό το αποτέλεσμα κατέδειξε ότι η αναταραχή που προέρχεται από το επίπεδο των σωματιδίων μπορεί να αλλάξει άμεσα την ισορροπία μεγάλης κλίμακας ενός συστήματος πλάσματος. Η παρατηρούμενη διαδικασία περιελάμβανε στάδια δημιουργίας τυρβώδους ροής, συγχώνευσης σχοινιών, κατάρρευσης ισορροπίας και ανασχηματισμού.
Επιπτώσεις για τη σύντηξη και την αστροφυσική
Για την ανάπτυξη της πυρηνικής σύντηξης, αυτό το εύρημα προσφέρει μια πιο λεπτομερή κατανόηση της σταθερότητας του πλάσματος. Ο έλεγχος του πλάσματος είναι απαραίτητη για τη διατήρηση μιας αντίδρασης σύντηξης και η γνώση του πώς οι αναταράξεις μπορούν να προκαλέσουν αλλαγές μεγάλης κλίμακας μπορεί να καθοδηγήσει στρατηγικές για τη διατήρηση μιας σταθερής κατάστασης.
Στην αστροφυσική, τα αποτελέσματα μπορούν να βοηθήσουν στην εξήγηση των παρατηρησιακών δεδομένων. Τα φάσματα ενέργειας που μετρήθηκαν κατά τη διάρκεια της μαγνητικής επανασύνδεσης του πειράματος ήταν παρόμοια με αυτά που παρατηρήθηκαν σε κοσμικά περιβάλλοντα πλάσματος, όπως κατά τη διάρκεια ηλιακών εκλάμψεων. Τα εργαστηριακά ευρήματα μπορούν επομένως να χρησιμεύσουν ως μοντέλο για τη μελέτη τέτοιων αστρονομικών γεγονότων.
«Τα μαγνητικά ρολά, τα οποία είναι δομές πλάσματος που μεταφέρουν ρεύμα και είναι ενσωματωμένες σε μαγνητικό πεδίο, παίζουν σημαντικό ρόλο στα αστροφυσικά και εργαστηριακά πλάσματα», κατέληξε η μελέτη.
www.worldenergynews.gr
