الاندماج النووي هو عملية تحدث بشكل طبيعي في النجوم مثل الشمس ، حيث يتم أخذ نوى الهيدروجين ودمجها معًا لتكوين الهيليوم – مما يؤدي إلى إطلاق كميات هائلة من الطاقة في هذه العملية. يسمى مصدر الطاقة “الكأس المقدسة” ، ولديه القدرة على توليد أكثر من أربعة ملايين مرة من الطاقة المنبعثة من تفاعل كيميائي مكافئ ، مثل احتراق الفحم أو النفط أو الغاز ، وأربع مرات أكثر من الانشطار النووي. ينطوي على انشطار الذرات.
يتطلب الاندماج درجات حرارة وضغوطًا شديدة ، والتي تنشأ في النجوم نتيجة لكتلتها الهائلة وجاذبيتها.
يتطلب تحقيق نفس الظروف على الأرض وجود بلازما فائقة السخونة – وهي حالة مشحونة من المادة تتكون من إلكترونات حرة ونواة – ليتم حصرها داخل مجال مغناطيسي على شكل كعكة دائرية في آلة تسمى توكاماك.
ومع ذلك ، فإن هذه الأجهزة تخضع لتسلسلات فوضوية من الحرارة تليها اضطرابات كبيرة في البلازما يمكن أن تلحق الضرر بالمفاعل المحيط.
في دراستهم ، حدد الدكتور مين-كو يو من مختبر برينستون لفيزياء البلازما التابع لوزارة الطاقة الأمريكية وزملاؤه هذا الانهيار على أنه اضطراب ثلاثي الأبعاد للمجالات المغناطيسية التي تتحكم في البلازما فائقة السخونة.
قال الدكتور يو: “لقد اقترحنا طريقة جديدة لفهم الخطوط الميدانية التي عادة ما تم إهمالها أو وضعها بشكل سيء في الدراسات السابقة.”
من خلال عمليات المحاكاة التجريبية ، وجد الفريق أنه في حالة اضطراب المجال المغناطيسي بسبب عدم الاستقرار في البلازما ، يمكن للبلازما أن تفلت بسرعة من الحبس.
بعد تحريرها من حبسها المغناطيسي ، تصطدم البلازما ذات المليون درجة بجدران مفاعل الاندماج المحيط بها ، مما يتسبب في أضرار جسيمة.
قال المؤلف المشارك للورقة وزميله فيزيائي البلازما وايزنج وانج: “في حالة حدوث اضطراب كبير ، تتعطل خطوط الحقل تمامًا وتتصل بسرعة بالجدار مثل السباغيتي.
“هذا يجلب طاقة حرارية بلازما هائلة ضد الجدار.”
“الهيكل” – أو الشكل ثلاثي الأبعاد – الذي تأخذه خطوط المجال المغناطيسي عندما تتشوه بسبب عدم الاستقرار المضطرب في بلازما الاندماج – لم يكن معروفًا من قبل.
وجد الباحثون أن التضاريس غير المنتظمة تخلق “تلالًا ووديانًا صغيرة”. تلتقط الأخيرة جزيئات البلازما ، بينما تسمح لها الجبال “بالتدحرج” والتأثير على جدران مفاعل توكاماك المحيط.
اقرأ المزيد: خروج بريطانيا من الاتحاد الأوروبي على استعداد لتسويق الاندماج النووي بصفقة أمريكية
قال الدكتور يو إن ما جعل فهم الهيكل أكثر صعوبة هو تعقيد التفاعلات بين المجالات الكهربائية والمغناطيسية داخل المفاعل.
وختم قائلاً: “يقدم هذا البحث رؤى فيزيائية جديدة حول كيفية فقدان البلازما لطاقتها تجاه الجدار في وجود خطوط مجال مغناطيسي مفتوحة.
“الفهم الجديد قد يساعد في إيجاد طرق جديدة لتخفيف أو تجنب التبريد الحراري واضطراب البلازما في المستقبل.”
يتم نشر النتائج الكاملة للدراسة في المجلة فيزياء البلازما.
“متعصب التلفزيون. مدمن الويب. مبشر السفر. رجل أعمال متمني. مستكشف هواة. كاتب.”