منوعات

الاندماج النووي والليثيوم والتوكاماك: إضافة ما يكفي من الوقود إلى النار

من الناحية المجازية، هذا هو السؤال الذي طرحه مؤخرًا فريق من مختبر فيزياء البلازما في برينستون (PPPL) التابع لوزارة الطاقة الأمريكية.

الآن يعتقدون أن لديهم الإجابة على سيناريو معين. كل ذلك جزء من عمل المختبر لجلب طاقة الاندماج إلى شبكة الكهرباء.

بناءً على النتائج الحديثة التي تُظهر الوعد بتغطية السطح الداخلي للوعاء الذي يحتوي على بلازما اندماج الليثيوم السائلة، حدد الباحثون الكثافة القصوى للجسيمات غير المشحونة أو المحايدة عند حافة البلازما قبل أن لا تبرد حافة البلازما. وتصبح بعض حالات عدم الاستقرار غير قابلة للتنبؤ بها. إن معرفة الكثافة القصوى للجسيمات المحايدة عند حافة بلازما الاندماج أمر مهم لأنه يعطي الباحثين فكرة عن كيفية وكمية تغذية تفاعل الاندماج.

ويأتي هذا البحث في مقال جديد في الاندماج النووي، يتضمن ملاحظات ومحاكاة عددية وتحليلات لتجاربهم داخل وعاء بلازما اندماجي يسمى Lithium Tokamak Experiment-Beta (LTX-)ب).

البيئة الفريدة لـ LTX-ب

LTX-ب هي واحدة من العديد من أوعية الاندماج حول العالم التي تحمل البلازما على شكل كعكة دائرية باستخدام المجالات المغناطيسية. تُعرف هذه السفن باسم توكاماك. خصوصية هذا التوكاماك تكمن في حقيقة أن جدرانه الداخلية يمكن تغطيتها بالكامل تقريبًا بالليثيوم. يؤدي هذا إلى تغيير سلوك الجدار بشكل أساسي، لأن الليثيوم يحتفظ بنسبة عالية جدًا من ذرات الهيدروجين من البلازما. وبدون الليثيوم، سيرتد المزيد من الهيدروجين من الجدران ويعود إلى البلازما. في أوائل عام 2024، أفاد فريق البحث أن بيئة إعادة تدوير الهيدروجين المنخفضة هذه أبقت حافة البلازما ساخنة، مما يجعل البلازما أكثر استقرارًا ويترك مساحة لحجم أكبر من البلازما.

وقال ريتشارد ماجيسكي، كبير باحثي الفيزياء في PPPL ورئيس LTX-: “إننا نحاول إظهار أن جدار الليثيوم يمكن أن يمكّن مفاعل اندماج أصغر، مما سيؤدي إلى زيادة كثافة الطاقة”.ب. في نهاية المطاف، يمكن أن يؤدي هذا البحث إلى مصدر طاقة الاندماج النووي الفعال من حيث التكلفة الذي يحتاجه العالم.

الآن LTX-ب ونشر الفريق نتائج إضافية توضح العلاقة بين وقود البلازما واستقراره. وعلى وجه التحديد، اكتشف الباحثون الكثافة القصوى للجسيمات المحايدة عند حافة البلازما داخل LTX-ب قبل أن تبدأ الحافة في البرودة، مما قد يسبب مشكلات في الاستقرار. يعتقد الباحثون أن بإمكانهم تقليل مخاطر بعض حالات عدم الاستقرار عن طريق الحفاظ على الكثافة عند حافة البلازما أقل من المستوى المحدد حديثًا وهو 1 × 10.19 م-3. هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها إنشاء مثل هذا المستوى لـ LTX-بومعرفة أن هذه خطوة مهمة في مهمتهم لإثبات أن الليثيوم هو الخيار الأمثل لطلاء الجدار الداخلي للتوكاماك، حيث يرشدهم نحو أفضل الممارسات لتشغيل البلازما الخاصة بهم.

في LTX-بيتم تشغيل الاندماج بطريقتين: استخدام دفعات من غاز الهيدروجين من الحافة وشعاع من الجسيمات المحايدة. يعمل الباحثون على إتقان كيفية استخدام الطريقتين جنبًا إلى جنب لإنشاء بلازما مثالية تحافظ على الاندماج لفترة طويلة في مفاعلات الاندماج المستقبلية مع توليد طاقة كافية لجعلها عملية لشبكة الطاقة.

طرق التكرير للحفاظ على درجة حرارة موحدة في البلازما

غالبًا ما يقارن الفيزيائيون درجة الحرارة عند حوافها بدرجة الحرارة الأساسية لقياس مدى سهولة إدارتها. يرسمون هذه الأرقام على رسم بياني ويأخذون في الاعتبار ميل الخط. إذا كانت درجة الحرارة في القلب الداخلي والحافة الخارجية متماثلة تقريبًا، يكون الخط مسطحًا تقريبًا، ولهذا السبب يطلق عليه ملف تعريف درجة الحرارة المسطحة. إذا كانت درجة الحرارة عند الحافة الخارجية أقل بكثير من درجة الحرارة في اللب الداخلي، يطلق العلماء على ذلك اسم ذروة درجة الحرارة.

“لقد حدد الفريق الكثافة القصوى للجسيمات المحايدة خارج حافة البلازما والتي لا تزال تسمح بدرجة حرارة الحافة المسطحة. إن تجاوز هذا العدد من الجسيمات المحايدة عند الحافة سيؤدي بالتأكيد إلى خفض درجة حرارة حافتك وسوف ينتهي بك الأمر في وقال سانتانو بانيرجي، عالم فيزياء الأبحاث في PPPL والمؤلف الرئيسي للورقة الجديدة: “درجة الحرارة القصوى”.

“تشكل هذه الكثافة المحايدة نفسها عتبة عدم الاستقرار التي تسمى أنماط التمزق. وبعيدًا عن هذه الكثافة، تميل أنماط التمزق إلى زعزعة الاستقرار، وتهدد البلازما ويمكن أن توقف تفاعل الاندماج إذا تركت دون رادع.”

إذا أصبحت حالات عدم الاستقرار كبيرة جدًا، فسينتهي تفاعل الاندماج. ولدعم شبكة الكهرباء، يدرس الباحثون أفضل الطرق لإدارة بلازما الاندماج بحيث يكون التفاعل مستقرًا.

عمل بانيرجي وماجيسكي مع العديد من الباحثين الآخرين في هذه الورقة، بما في ذلك دينيس بويل وأنوراغ مان ونيت فيرارو وجورج ويلكي وماريو بوديستا ورون بيل من PPPL.

ويستمر العمل في المشروع. قام ديلان كورل، وهو مهندس في PPPL، بتحسين الاتجاه الذي يتم فيه حقن الشعاع المحايد، المستخدم لتسخين البلازما، في التوكاماك. وقال كورل: “نحن نقوم بشكل أساسي بإنشاء منفذ جديد لهذا الغرض”. يستخدم نموذجًا ثلاثي الأبعاد لـ LTX-ب، اختبار مسارات شعاع مختلفة للتأكد من أن الشعاع لن يصل إلى جزء آخر من المعدات، مثل الأدوات المستخدمة لقياس البلازما. وقال كورل: “لقد كان العثور على أفضل زاوية تحديًا، لكنني أعتقد أننا وصلنا إليها الآن”.

قامت وزارة الطاقة الأمريكية بتمويل هذا البحث تحت DE-AC02-09CH11466، وDE-SC0019006، وDE-AC0500OR22725، وDE-SC0019239.

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى