július 6, 2022

Androbit techmagazin

Az Androbit tényeken alapuló híreivel, exkluzív videofelvételeivel, fotóival és frissített térképeivel maradjon naprakész Magyarország legfrissebb fejleményein.

Az új törvény felszámolja az integráció korlátozását

Az új törvény felszámolja az integráció korlátozását

Kredit: CC0 Public Domain

Az EPFL fizikusai egy jelentős európai együttműködés keretében felülvizsgálták az egyik alapvető törvényt, amely több mint három évtizede központi szerepet játszik a plazma- és fúziós kutatásban, még az olyan megaprojektek tervezését is szabályozva, mint az ITER. A frissítés azt mutatja, hogy valóban biztonságosan felhasználhatunk több hidrogén üzemanyagot a fúziós reaktorokban, így több energiához jutunk, mint azt korábban gondolták.


A fúzió a jövő energiaforrásainak egyik legígéretesebb forrása. Két atommagot foglal magában, amelyek egy atommaggá egyesülnek, így hatalmas mennyiségű energia szabadul fel. Valójában tesztelünk fúzió Minden nap: a nap melegéből jön hidrogén atommagok Fúzió nehezebb hélium atomokká.

Jelenleg folyik egy hatalmas nemzetközi fúziós kutatási projekt, az ITER, amelynek célja a Nap fúziós folyamatainak megismétlése, hogy energiát állítson elő a Földön. Célja olyan magas hőmérsékletű plazma előállítása, amely megfelelő környezetet biztosít a fúzió létrejöttéhez és az energiatermeléshez.

A plazma – az ionizált anyag gázszerű állapota – pozitív töltésű atommagokból és negatív töltésű elektronokból áll, és milliószor kisebb sűrűségű, mint a belélegzett levegő. A plazma a „fúziós tüzelőanyag” elnyomásával jön létre –hidrogénatomok– rendkívül magas hőmérsékletre (a Nap magjának hőmérsékletének 10-szerese), ami az elektronok elválasztására kényszeríti atommagok. A folyamat egy fánk alakú (“gyűrűs”) szerkezetben, az úgynevezetttokamak. “

– mondja Paolo Ricci, a Swiss Plasma Center munkatársa, amely a világ egyik vezető fúziós kutatóintézete az EPFL-ben.

قانون جديد يفك قيود الاندماج

Egy jelentős európai együttműködéssel Ricci csapata most kiadott egy tanulmányt a plazmatermelés alapelvének aktualizálására – és annak bemutatására, hogy a készülő ITER tokamak valójában kétszer annyi hidrogénnel tud működni, és így több fúziós energiát termel, mint azt korábban gondolták.

“A tokamak belsejében lévő plazma előállításának egyik korlátja a bele fecskendezhető hidrogén üzemanyag mennyisége” – mondja Ritchie. “A fúzió korai napjai óta tudjuk, hogy ha megpróbálja növelni az üzemanyag sűrűségét, egy ponton megtörténik az úgynevezett „zavar” – lényegében teljesen elveszíti a határt, és a plazma elmegy. A ’80-as években az emberek megpróbáltak valamiféle törvényt kitalálni, amely megjósolhatná a hidrogén maximális sűrűségét, amelyet egy tokamak belsejébe helyezhet.”

A válasz 1988-ban érkezett meg, amikor Martin Greenwald fúziós tudós közzétett egy híres törvényt, amely az üzemanyag-sűrűséget a kis tokamak sugarához (a fánk belső körének sugarához) és a tokamak belsejében folyó plazmában folyó áramhoz köti. Azóta a “greenwaldi határ” a fúziós kutatás központi tételévé vált; Valójában ezen alapul az ITER tokamak építésére vonatkozó stratégiája.

“Greenwald empirikusan vezette le a törvényt, és ezt teljes egészében onnan kísérleti adatok“Ez nem egy tesztelt elmélet, vagy amit “első elveknek” hívunk” – magyarázza Ritchie. A határ azonban jól működött a kutatás során. És bizonyos esetekben, például a DEMO-nál (az ITER utódja), ez az egyenlet nagyjából egy korlátozza a működését, mert azt írja ki, hogy nem növelheti az üzemanyag intenzitását egy bizonyos szint fölé.

A Swiss Plasma Center a tokamak csapatokkal együttműködve olyan kísérletet tervezett, amelyben a rendkívül fejlett technológia segítségével pontosan szabályozható a tokamakba fecskendezett üzemanyag mennyisége. A hatalmas kísérleteket a világ legnagyobb tokamakjában, a Joint European Tokamak-ban (JET) végezték az Egyesült Királyságban, valamint az ASDEX frissítését Németországban (Max Planck Institute) és az EPFL TCV tokamakját. Ezt a jelentős kísérleti erőfeszítést az EUROfusion Consortium tette lehetővé, amely az európai fúziós kutatást koordináló európai szervezet, amelyben az EPFL jelenleg a németországi Max Planck Plazmafizikai Intézeten keresztül vesz részt.

Ugyanakkor Maurizio Giacomene, Ph.D. Ricci csoportjának egyik diákja elkezdte elemezni a sűrűségkorlátozó fizikai folyamatokat a tokamakokban, hogy levezethessen egy olyan alapelv törvényt, amely összefüggésbe hozhatja az üzemanyagok sűrűségét a tokamak térfogatával. Ennek része a plazma fejlett szimulációja számítógépes modell segítségével.

„A szimulációk a világ legnagyobb számítógépeinek előnyeit használják ki, például azokat, amelyeket a CSCS, a Swiss National Center for Supercomputing és az EUROfusion tette lehetővé” – mondja Ritchie. Szimulációink során azt találtuk, hogy amint több üzemanyagot ad a plazmához, annak egy része a tokamak külső hideg rétegétől, a határtól a mag felé halad, mert a plazma turbulensebbé válik. elektromos rézvezetékek, melyek Hevítéskor ellenállóbbá, a plazma hűtéssel ellenállóbbá válik. Tehát minél több üzemanyagot teszel bele ugyanazon a hőmérsékleten, annak egyes részei lehűlnek – és nehezebben folyik az áram a plazma, ami turbulenciához vezethet.”

Ezt kihívás volt szimulálni. “A folyadék turbulenciája valójában a klasszikus fizika legfontosabb nyitott kérdése” – mondja Ritchie. – De bejött a zűrzavar vérplazma Bonyolultabb, mert elektromágneses mezői is vannak.”

Végül Ritchie és kollégái képesek voltak megfejteni a kódot, és „tollat ​​papírra tettek”, hogy egy új egyenletet származtassanak a tokamak maximális üzemanyagkorlátjáról, amely jól illeszkedik a kísérletekhez. kirakott Fizikai áttekintő levelekigazat tesz Greenwald korlátainak, közel kerülve hozzá, de fontos módokon frissíti azokat.

Az új egyenlet azt feltételezi, hogy a greenwaldi határ megközelítőleg kétszeresére emelhető az ITER-nél az üzemanyag tekintetében; Ez azt jelenti, hogy a tokamakok, mint az ITER, valójában kétszer annyi üzemanyagot tudnak felhasználni plazma előállítására, anélkül, hogy aggódnának a turbulencia miatt. „Ez azért fontos, mert megmutatja, hogy a tokamakban elérhető intenzitás növekszik a futtatáshoz szükséges erővel” – mondja Ritchie. Valójában a DEMO sokkal nagyobb teljesítménnyel fog működni, mint a meglévő tokamak és az ITER, ami azt jelenti, hogy többet is hozzáadhat üzemanyag Sűrűség a termelés korlátozása nélkül, ellentétben Greenwald törvényével. Ez nagyon jó hír.”


A fúziós energia felé a csapat plazmaturbulenciát modellez az ország leggyorsabb szuperszámítógépén


több információ:
Giacomin et al., A tokamak first-princips density limit meter turbulens éltranszport és az ITER vonatkozásai alapján, Fizikai áttekintő levelek (2022). DOI: 10.1103/ PhysRevLett.128.185003

az idézet: New Law Unchaining Fusion (2022, május 17.) Letöltve 2022. május 17-én a https://phys.org/news/2022-05-law-unchains-fusion-energy.html webhelyről

Ez a dokumentum szerzői jogvédelem alatt áll. A magántanulmányi vagy kutatási célú tisztességes kereskedelem ellenére írásos engedély nélkül egyetlen rész sem reprodukálható. A tartalom kizárólag tájékoztató jellegű.

READ  A NASA Perseverance Roverje segít a tudósoknak felfedezni a lassabb hangrepüléseket a Marson