Forskare har upptäckt ett nytt sätt att klassificera magnetiserade plasma som möjligen kan leda till framsteg när det gäller att skörda fusionsenergin som driver solen och stjärnorna på jorden. Upptäckten av teoretiker vid US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) fann att en magnetiserad plasma har 10 unika faser och övergångarna mellan dem kan ha rika konsekvenser för praktisk utveckling.

De rumsliga gränserna, eller övergångar, mellan olika faser kommer att stödja lokaliserade våg excitationer, fann forskarna. "Dessa fynd kan leda till möjliga tillämpningar av dessa exotiska excitationer i rymden och laboratorieplasma, "sa Yichen Fu, en doktorand på PPPL och huvudförfattare till en uppsats i Naturkommunikation som beskriver forskningen. "Nästa steg är att utforska vad dessa excitationer kan göra och hur de kan användas."

Möjliga tillämpningar

Möjliga tillämpningar inkluderar att använda excitationerna för att skapa ström i magnetiska fusionsplasma eller underlätta plasmarotation i fusionsexperiment. Dock, "Vårt papper tar inte hänsyn till några praktiska tillämpningar, "sa fysikern Hong Qin, medförfattare till tidningen och Fus rådgivare. "Papperet är grundteorin och tekniken kommer att följa den teoretiska förståelsen."

Faktiskt, "upptäckten av de tio faserna i plasma markerar en primär utveckling inom plasmafysik, "Sade Qin." Det första och främsta steget i alla vetenskapliga strävanden är att klassificera de objekt som undersöks. Varje nytt klassificeringsschema kommer att leda till förbättring av vår teoretiska förståelse och efterföljande tekniska framsteg, " han sa.

Qin nämner upptäckten av de viktigaste typerna av diabetes som ett exempel på rollens klassificering i vetenskapliga framsteg. "När vi utvecklar behandlingar för diabetes, forskare fann att det fanns tre huvudtyper, "sa han." Nu kan läkare effektivt behandla diabetespatienter. "

Fusion, som forskare runt om i världen försöker producera på jorden, kombinerar ljuselement i form av plasma - det heta, laddad materia som består av fria elektroner och atomkärnor som utgör 99 procent av det synliga universum - för att frigöra massiva mängder energi. Sådan energi kan fungera som en säker och ren energikälla för elproduktion.

Plasmafaserna som PPPL har avslöjat är tekniskt kända som "topologiska faser, "indikerar formen på vågorna som stöds av plasma. Denna unika egenskap hos materia upptäcktes först i disciplinen kondenserad materiefysik under 1970 -talet - en upptäckt för vilken fysikern Duncan Haldane från Princeton University delade Nobelpriset 2016 för sitt banbrytande arbete.

Robust och inneboende

De lokaliserade plasmavågorna som produceras av fasövergångar är robusta och inneboende eftersom de är "topologiskt skyddade, "Sade Qin." Upptäckten att denna topologiskt skyddade excitation existerar i magnetiserade plasma är ett stort steg framåt som kan utforskas för praktiska tillämpningar, " han sa.

För författaren Fu, "Den viktigaste framstegen i tidningen är att titta på plasma baserat på dess topologiska egenskaper och identifiera dess topologiska faser. Baserat på dessa faser identifierar vi den nödvändiga och tillräckliga förutsättningen för excitationerna från dessa lokaliserade vågor. När det gäller hur dessa framsteg kan tillämpas för att underlätta forskning om fusionsenergi, vi måste ta reda på det. "