Οι επιστήμονες βρήκαν μια μαθηματική συντόμευση που θα μπορούσε να βοηθήσει στην αξιοποίηση της ενέργειας σύντηξης , μιας πιθανής πηγής σχεδόν ανεξάντλητου καθαρού ηλεκτρισμού. Η μέθοδος επιτρέπει στους ερευνητές να προβλέψουν πιο εύκολα την ικανότητα ενός αστεριστή – μιας πολύπλοκης, σύνθετης συσκευής σχεδιασμένης να αναπαράγει την ενέργεια σύντηξης που τροφοδοτεί τον ήλιο και τα αστέρια – να διατηρεί τη θερμότητα που είναι κρίσιμη για τις αντιδράσεις σύντηξης.
Ένας αστεροειδής είναι μια μηχανή που χρησιμοποιεί μαγνητικά πεδία για να περιορίσει το πλάσμα σε σχήμα ντόνατ, που ονομάζεται τόρος. Αυτά τα μαγνητικά πεδία επιτρέπουν στους επιστήμονες να ελέγχουν τα σωματίδια του πλάσματος και να δημιουργούν τις κατάλληλες συνθήκες για αντιδράσεις σύντηξης. Ωστόσο, το σχήμα του αστεριού δεν είναι τέλειο ωοειδές όπως ο δακτύλιος, αλλά μπερδεμένο, και αυτό βοηθά στην επίτευξη υψηλότερων θερμοκρασιών και πιέσεων με λιγότερη ενέργεια
Stellarator, σχήμα ροής πλάσματος
Η τεχνική μετρά την ικανότητα του μαγνητικού πεδίου ενός αστρικού να συγκρατεί γρήγορα κινούμενους ατομικούς πυρήνες στο πλάσμα, αυξάνοντας τη συνολική θερμότητα και βοηθώντας τις αντιδράσεις σύντηξης. Αυτό θα σας επιτρέψει να βρείτε μαθηματικά το βέλτιστο σχήμα του αστεριού. Πώς όμως μπορούν οι επιστήμονες να βρουν ένα σχήμα που να διατηρεί όσο το δυνατόν περισσότερη θερμότητα;
Βρείτε μαγνητικά κλουβιά που συγκρατούν θερμότητα
«Δεν μπορούμε να προσομοιώσουμε τις κινήσεις όλων των μεμονωμένων σωματιδίων σε όλα τα πιθανά μαγνητικά πεδία — κάτι που θα απαιτούσε σχεδόν άπειρη υπολογιστική ισχύ», είπε η Alexandra LeViness, μεταπτυχιακή φοιτήτρια στη φυσική του πλάσματος στο Εργαστήριο Φυσικής Πλάσματος του Τμήματος (PPPL). Department of Energy ( ΕΛΑΦΙΝΑ). «Αντ' αυτού, πρέπει να χρησιμοποιήσουμε μια συντόμευση», είπε ο LeViness, επικεφαλής συγγραφέας του άρθρου που αναφέρει τα ευρήματα στο περιοδικό Nuclear Fusion.
«Αυτή η έρευνα δείχνει ότι μπορούμε να βρούμε το καλύτερο σχήμα του μαγνητικού πεδίου για να περιορίσουμε τη θερμότητα υπολογίζοντας κάτι πιο απλό: πόσο γρήγορα ταξιδεύουν τα σωματίδια από τις επιφάνειες του καμπύλου μαγνητικού πεδίου στο κέντρο του πλάσματος», είπε ο LeViness. "Αυτή η συμπεριφορά περιγράφεται από έναν αριθμό γνωστό ως γάμμα C, που βρήκαμε ότι αντιστοιχεί σταθερά στον περιορισμό του πλάσματος."
Στην πραγματικότητα, η συντόμευση προωθεί την έρευνα σε μελλοντικούς αστεριστές, είπε ο LeViness, "επειδή όσο περισσότερα ταχέως κινούμενα σωματίδια παραμένουν στο κέντρο του πλάσματος, τόσο πιο ζεστό είναι το καύσιμο και τόσο πιο αποτελεσματικός θα είναι ο αστεροειδής."
Έτσι, αντί να υπολογίσουμε την τροχιά κάθε μεμονωμένου σωματιδίου, μια μαθηματικά τεράστια δουλειά, υπολογίζουμε πώς απωθούνται από τα μαγνητικά πεδία. Κάπως σαν να χαράζεις δρόμο αντί να μετράς την τροχιά κάθε αυτοκινήτου που ταξιδεύει κατά μήκος του δρόμου.
Ιστορία και μέλλον της σύντηξης
Η σύντηξη απελευθερώνει μεγάλες ποσότητες ενέργειας συνδυάζοντας ελαφρά στοιχεία με τη μορφή πλάσματος, τη θερμή, φορτισμένη κατάσταση της ύλης που αποτελείται από ελεύθερα ηλεκτρόνια και ατομικούς πυρήνες που αποτελεί το 99% του ορατού σύμπαντος. Επιστήμονες σε όλο τον κόσμο προσπαθούν να εκμεταλλευτούν τις αντιδράσεις σύντηξης για να δημιουργήσουν ένα σχεδόν ανεξάντλητο απόθεμα ασφαλούς και καθαρής ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Η PPPL έχει περισσότερο από μισό αιώνα εμπειρίας στην ανάπτυξη της επιστημονικής θεωρίας και της προηγμένης μηχανικής για να επιτρέψει τη σύντηξη να τροφοδοτήσει τις Ηνωμένες Πολιτείες και τον κόσμο. Ταυτόχρονα, το Εργαστήριο έχει προχωρήσει εδώ και καιρό τη βασική επιστημονική κατανόηση του σύμπαντος του πλάσματος, από το εργαστήριο στην αστροφυσική κλίμακα.
Οι stellarators, που αναπτύχθηκαν από τον ιδρυτή της PPPL Lyman Spitzer τη δεκαετία του 1950, λειτουργούν χωρίς τον κίνδυνο επιβλαβών διαταραχών που λειτουργούν σε σχήμα ντόνατ συσκευές σύντηξης που ονομάζονται tokamaks. Αλλά οι αστρικοί αστρικοί δεν ήταν σε θέση να συγκρατήσουν τη θερμότητα όπως τα tokamaks, τα οποία έχουν παρόμοια μαγνητικά πεδία.
«Αλλά χρησιμοποιώντας τεχνικές όπως αυτή που μελέτησε ο LeViness, μπορέσαμε να βρούμε μαγνητικές διαμορφώσεις για αστρικούς που περιέχουν θερμότητα όσο τα tokamaks μπορούν», δήλωσε η Elizabeth Paul, επίκουρη καθηγήτρια εφαρμοσμένης φυσικής στο Πανεπιστήμιο Columbia. «Είναι πιο δύσκολο για τους αστρικούς, αλλά ο LeViness βοήθησε να φανεί ότι είναι δυνατό», είπε ο Paul, πρώην πρόεδρος του Πανεπιστημίου Πρίνστον.
Ένα βήμα προς τα εμπρός προς την ενέργεια διαθέσιμη σε όλους και χωρίς ρύπανση.
Χάρη στο κανάλι μας στο Telegram, μπορείτε να ενημερώνεστε για τη δημοσίευση νέων άρθρων από τα Οικονομικά Σενάρια.
Το άρθρο Πυρηνική σύντηξη: Πανεπιστήμιο Πρίνστον ανακαλύπτει μια μαθηματική συντόμευση για να διευκολύνει την επίτευξή της προέρχεται από Οικονομικά Σενάρια .
Αυτή είναι μια αυτόματη μετάφραση μιας ανάρτησης που δημοσιεύτηκε στο Scenari Economici στη διεύθυνση URL https://scenarieconomici.it/fusione-nucleare-luniversita-di-princeton-scopre-una-scorciatoia-matematica-per-facilitarne-il-raggiungimento/ στις Sun, 20 Aug 2023 15:48:45 +0000.