Magnetiserende laserdrevne treghetsfusjonsimplosjoner

Kjernefysisk fusjon er en mye studert prosess der atomkjerner med lavt atomnummer smelter sammen for å danne en tyngre kjerne, mens de frigjør en stor mengde energi. Kjernefysiske fusjonsreaksjoner kan produseres ved hjelp av en metode kjent som inertial confinement fusion, som innebærer bruk av kraftige lasere for å implodere en brenselkapsel og produsere plasma.

Forskere ved Massachusetts Institute of Technology (MIT), University of Delaware, University of Rochester, Lawrence Livermore National Laboratory, Imperial College London og University of Rome La Sapienza har nylig vist hva som skjer med denne implosjonen når man bruker en sterk magnetfelt til drivstoffkapselen som brukes til treghet inneslutning fusjon. Papiret deres, publisert i Fysiske gjennomgangsbrevviser at sterke magnetiske felt flater ut formen til treghetsfusjonsimplosjoner.

“I treghetsinneslutningsfusjon imploderes en sfærisk kapsel på millimeterstørrelse ved hjelp av høyeffektlasere for kjernefysisk fusjon,” sa Arijit Bose, en av forskerne som utførte studien, til Phys.org. “Å bruke et magnetisk felt på implosjonene kan feste de ladede plasmapartiklene til B-feltet og forbedre sjansene deres for fusjon. Men siden magnetfelt kan begrense plasmapartikkelbevegelsen bare i retningen over feltlinjene og ikke i retningen langs de påførte feltlinjene, kan dette introdusere forskjeller mellom de to retningene som påvirker implosjonsformen.”

I løpet av det siste tiåret har flere fysikere undersøkt de mulige effektene av magnetiserende fusjonsimplosjoner. De fleste av studiene deres var imidlertid numeriske og testet ikke hypoteser i en eksperimentell setting.

Bose og kollegene hans bestemte seg derfor for å gjennomføre en serie tester for å empirisk bestemme hva som skjer med formen på treghetsfusjonsimplosjoner under en sterk magnetisering. Eksperimentene deres ble spesielt designet for å utforske egenskapene til sterkt magnetiserte plasmaer, ved å produsere unike plasmaforhold. Under disse forholdene er plasmaionene og elektronene begge magnetisert.

“Det er verdt å merke seg at magnetiseringen av plasmaioner er svært vanskelig å oppnå og har ikke blitt studert ved høyeffektlasere,” forklarte Bose. “For å utføre testene våre brukte vi et ekstremt høyt 50T magnetfelt, mye høyere enn de som ble brukt i tidligere eksperimenter, og brukte støt for å drive implosjonseksperimentene ved OMEGA-laseranlegget. Vi fant for første gang at dette feltet flatet ut formen på implosjonen, slik at den ble mer oblat.”

Forskerne utførte sine eksperimenter ved OMEGA-laseranlegget, som ligger ved Laboratory for Laser Energetics i Rochester, New York. Spesifikt brukte de høye B-felt (dvs. med styrker 1000 ganger høyere enn de for typiske stangmagneter), på en sfærisk kapsel i millimeterstørrelse, som ble oppvarmet til over 100 millioner K ved hjelp av en laser-drevet sjokk.

“Sjokkoppvarmingen og det påførte B-feltet ga unike plasmaforhold med sterkt magnetiserte elektroner og ioner som var viktige for eksperimentene,” sa Bose. “Gjennom simuleringer bestemte vi at denne oblatformen er forårsaket av undertrykkelse av varmestrøm (vinkelrett på retningen til magnetfeltet) i den sterkt magnetiserte plasma.”

Det nylige arbeidet til dette teamet av forskere gir ny verdifull innsikt om treghetsfusjonsimplosjoner og effektene magnetiske felt kan ha på dem. I fremtiden kan metoden de skisserte brukes av andre team for å produsere sterkt magnetiserte elektroner og ioner i eksperimentelle omgivelser, ved bruk av kraftige lasere.

“Mest bemerkelsesverdig var vi de første til å observere at det påførte magnetiske feltet flatet ut implosjonsformen,” la Bose til. “I våre neste studier planlegger vi å bruke “oppskriften” som er skissert i papiret vårt for å utføre flere eksperimenter rettet mot å produsere sterkt magnetiserte elektroner og ioner for å undersøke effekten av magnetisering på transportegenskaper.”

---

---

© 2022 Science X Network