Открытие ядерного синтеза в Китае находит таинственный источник энергии для питания плазмы:
Совместные усилия исследователей из Шанхайского университета Цзяотун и Китайской академии наук привели к развертыванию кода моделирования на основе модели ядерного синтеза, которая раскрыла физику, лежащую в основе сверхтепловых ионов в горящей плазме.
Это помогает нам улучшить наше понимание того, как происходят реакции ядерного синтеза и как их можно улучшить.
В нашем стремлении перейти к чистой энергии ядерный синтез является критически важным компонентом. Воспроизведение реакций, которые питают Солнце, здесь, на Земле, может помочь нам разблокировать безграничную энергию, не выбрасывая при этом согревающие планету газы. Чтобы достичь этого, нам нужно сначала добиться того, чтобы из ядерного реактора синтеза вышло больше энергии, чем мы вкладываем.
Человечество добилось определенного прогресса в этом направлении, когда в декабре 2022 года Национальный центр сжигания (NIF) США получил чистый прирост энергии в размере 3,15 миллиона джоулей (МДж). Однако для дальнейшего прогресса ученые сосредоточились на другом важном достижении NIF, достигнутом в феврале 2021 года, — первом сжигании плазмы.
Что такое горящая плазма?
В подходе NIF к использованию энергии термоядерного синтеза топливная смесь дейтерия и трития (DT) подвергается имплозии в условиях реакции, похожих на те, что существуют в звездах. NIF называет этот подход инерционным термоядерным синтезом (ICF).
В ИТС, когда выделяемая альфа-частицами энергия превышает необходимое для достижения имплозии, реакционная смесь переходит в состояние горения, которое увеличивает плотность энергии в плазме, также известное как горящая плазма.
Хотя это состояние может помочь нам раскрыть энергию синтеза, оно также дает нам представление об условиях ранней Вселенной. Последующие эксперименты в NIF предоставили нам больше информации об этих условиях, но также вывели на первый план расхождения в данных нейтронного спектра.
Сверхтермические ионы
Традиционно поведение частиц в термоядерных средах основывалось на распределениях Максвелла. Однако исследователи обнаружили, что этот подход упускает из виду критические кинетические эффекты, возникающие в неравновесных сценариях, и не объясняет наличие над тепловых ионов.
Чтобы преодолеть это препятствие, исследовательская группа под руководством Цзе Чжана из Китайской академии наук предложила новую модель, основанную на динамике столкновений под большими углами, — революционный и многогранный подход.
Используя гибридный код моделирования частиц в ячейках под названием LAPINS, команда провела высокоточное моделирование плазмы, горящей в условиях ICF, чтобы получить представление о реакции синтеза. Они обнаружили, что столкновения под большим углом ускоряют реакцию воспламенения на 10 пикосекунд, что может помочь улучшить реакции синтеза.
Моделирование выявило присутствие надтепловых ионов D с энергией ниже порога 34 кэВ. Это важно, поскольку выделение энергии вдвое больше, чем у альфа-частиц. Команда также обнаружила, что плотность альфа-частиц в центре горячей точки увеличилась на 24 процента.
Информация, полученная в ходе этих экспериментов, поможет нам точно настроить условия реакции для реакций синтеза и понять, как высокие плотности энергии влияют на эволюцию плазмы. В долгосрочной перспективе это также поможет нам получить больше информации о процессе расширения нашей Вселенной.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science Bulletin.
Прочитайте что такое взгляд в будущее