V pondělí byl vydán dokument popisující některé matoucí výsledky z National Ignition Facility, které používá spoustu vysoce energetických laserů zaměřených na malý cíl ke spuštění fúzní reakce. Během několika posledních let prošlo zařízení několika významnými milníky, včetně zapálení fúze a vytvoření takzvaného hořícího plazmatu.
Nyní vědci analyzovali vlastnosti plazmatu, když zažívá tyto vysokoenergetické stavy. Ke svému překvapení zjistili, že se hořící plazma chovala jinak než ta, která byla vystavena vznícení. V tuto chvíli neexistuje jasné vysvětlení rozdílu.
Zapálení versus hoření
Ve zde prezentovaných experimentech je materiálem použitým pro fúzi směs tritia a deuteria, dvou izotopů těžších než vodík. Tito se spojí, aby vytvořili atom helia, zanechávající náhradní neutron být emitován; Energie fúzní reakce se uvolňuje ve formě gama záření.
Proces fúze je spuštěn krátkým, extrémně intenzivním zábleskem laserového světla zaměřeným na malý kovový válec. Kov vyzařuje intenzivní rentgenové záření, které odpařuje povrch blízkých zrn a vytváří intenzivní vlnu tepla a tlaku na vnitřní straně zrn, kde se nachází deuterium a tritium. Ty tvoří vysokoenergetická plazma, která vytvářejí podmínky pro fúzi.
Pokud vše půjde dobře, přenesená energie zapálí plazmu, což znamená, že není potřeba žádná další energie k udržení chodu fúzních reakcí na zlomek sekundy, která uplyne, než vše exploduje. Při vyšších energiích se plazma dostává do stavu zvaného spalování, kdy vznikající atomy helia nesou tolik energie, že mohou zapálit sousední plazma. To je kritické, protože to znamená, že zbytek energie (ve formě neutronů a gama paprsků) může být sklizen k výrobě užitečné energie.
I když máme podrobné modely fyziky, které se odehrávají za těchto extrémních podmínek, musíme tyto modely porovnat s tím, co se děje uvnitř plazmatu. Bohužel, protože jak plazma, tak materiál, který ji předtím obklopoval, jsou v procesu exploze, představuje to docela výzvu. Aby si vědci udělali obrázek o tom, co se může dít, obrátili se vědci na jeden z produktů samotné fúzní reakce: na neutrony, které emituje a které mohou procházet troskami a být zachyceny blízkými detektory.
měření teploty
Fyzika fúzních reakcí produkuje neutrony o určité energii. Pokud by došlo k fúzi v materiálu, kde byly atomy fixovány, všechny neutrony by vyšly s touto energií. Je ale jasné, že atomová jádra v plazmatu – tritium a deuterium – se prudce pohybují. V závislosti na tom, jak se pohybují vzhledem k detektoru, mohou tyto ionty přenést určitou energii navíc na neutrony nebo ji trochu odečíst.
To znamená, že místo toho, aby se neutrony jevily jako ostrá čára při určité energii, vystupují v rozsahu energií, které tvoří širokou křivku. Vrchol této křivky souvisí s pohybem iontů v plazmatu, a tedy s teplotou plazmatu. Z tvaru křivky lze získat více detailů.
Zdá se, že mezi bodem zážehu a bodem hoření přesně rozumíme tomu, jak souvisí teplota plazmy s rychlostí atomů v plazmě. Data z neutronů dobře odpovídají křivce vypočítané z našich modelových předpovědí. Jakmile však plazma přejde na spalování, věci již nejsou totožné. Je to, jako kdyby neutronová data našla úplně jinou křivku a místo toho se podle ní řídila.
Co by tedy mohlo vysvětlit tuto odlišnou křivku? Není to tak, že bychom neměli tušení. Máme jich hromadu a nejde je nijak odlišit. Tým analyzující tyto výsledky navrhl čtyři možná vysvětlení, včetně neočekávané kinetiky jednotlivých částic v plazmatu nebo selhání při zohlednění detailů v chování masového plazmatu. Alternativně by se hořící plazma mohla rozšířit na jinou oblast nebo trvat po jinou dobu, než bychom očekávali.
V každém případě říkají autoři: „Pochopení důvodu tohoto odklonu od hydrodynamického chování může být důležité pro dosažení robustního a opakovatelného zážehu.“
přírodní fyzika2022. DOI: 10.1038 / s41567-022-01809-3 (O DOI).
Přátelský webový obhájce. Odborník na popkulturu. Bacon ninja. Tvrdý twitterový učenec.
