Kärnfusion är en mycket studerad process genom vilken atomkärnor med lågt atomnummer smälter samman för att bilda en tyngre kärna, samtidigt som en stor mängd energi frigörs. Kärnfusionsreaktioner kan produceras med en metod som kallas tröghetsinneslutningsfusion, som innebär användning av kraftfulla lasrar för att implodera en bränslekapsel och producera plasma.

Forskare vid Massachusetts Institute of Technology (MIT), University of Delaware, University of Rochester, Lawrence Livermore National Laboratory, Imperial College London och University of Rome La Sapienza har nyligen visat vad som händer med denna implosion när man applicerar ett starkt magnetfält på bränslekapseln som används för tröghetsinneslutningsfusion. Deras artikel, publicerad i Physical Review Letters , visar att starka magnetfält plattar ut formen av tröghetsfusionsimplosioner.

"Vid tröghetsinneslutningsfusion imploderas en millimeterstor sfärisk kapsel med hjälp av högeffektlasrar för kärnfusion", sa Arijit Bose, en av forskarna som genomförde studien, till Phys.org. "Att applicera ett magnetfält på implosionerna kan binda de laddade plasmapartiklarna till B-fältet och förbättra deras chanser för fusion. Men eftersom magnetfältet kan begränsa plasmapartiklarnas rörelse endast i riktningen över fältlinjerna och inte i riktningen längs de applicerade fältlinjerna kan detta introducera skillnader mellan de två riktningarna som påverkar implosionsformen."

Under det senaste decenniet har flera fysiker undersökt de möjliga effekterna av magnetiserande fusionsimplosioner. De flesta av deras studier var dock numeriska till sin natur och testade inte hypoteser i en experimentell miljö.

Bose och hans kollegor bestämde sig därför för att genomföra en serie tester för att empiriskt fastställa vad som händer med formen av tröghetsfusionsimplosioner under en stark magnetisering. Deras experiment var speciellt utformade för att utforska egenskaperna hos starkt magnetiserade plasma genom att producera unika plasmaförhållanden. Under dessa förhållanden magnetiseras både plasmajonerna och elektronerna.

"Det är värt att notera att magnetiseringen av plasmajoner är mycket svår att uppnå och har inte studerats vid högeffektslasrar," förklarade Bose. "För att genomföra våra tester använde vi ett extremt högt 50T magnetfält, mycket högre än de som användes i tidigare experiment, och använde stötar för att driva implosionsexperimenten vid OMEGAs laseranläggning. Vi fann för första gången att detta fält tillplattade implosionens form, så att den blev mer oblate."

Forskarna genomförde sina experiment vid OMEGA laseranläggning, som ligger vid Laboratory for Laser Energetics i Rochester, New York. Specifikt applicerade de höga B-fält (d.v.s. med styrkor 1000 gånger högre än de för typiska stavmagneter) på en millimeterstor sfärisk kapsel, som värmdes upp till över 100 miljoner K med hjälp av en laserdriven stöt.

"Chockuppvärmningen och det applicerade B-fältet producerade unika plasmaförhållanden med starkt magnetiserade elektroner och joner som var viktiga för experimenten," sa Bose. "Genom simuleringar fastställde vi sedan att denna oblatform orsakas av undertryckandet av värmeflödet (vinkelrätt mot magnetfältets riktning) i den starkt magnetiserade plasman."

Det senaste arbetet av detta team av forskare ger ny värdefull insikt om tröghetsfusionsimplosioner och effekterna som magnetfält kan ha på dem. I framtiden kan metoden de beskrev användas av andra team för att producera starkt magnetiserade elektroner och joner i experimentella miljöer, med hjälp av kraftfulla lasrar.

"Framför allt var vi de första att observera att det applicerade magnetfältet plattade ut implosionsformen," tillade Bose. "I våra nästa studier planerar vi att använda "receptet" som beskrivs i vår artikel för att genomföra fler experiment som syftar till att producera starkt magnetiserade elektroner och joner för att undersöka effekten av magnetisering på transportegenskaper." + Utforska vidare

Upptäcker ett nytt sätt att föra energin som driver solen och stjärnorna till jorden

© 2022 Science X Network