وصل جهاز FuZE-3 التابع لشركة Zap Energy إلى مستوى جيجا باسكال بلازما الضغوط بفضل التصميم الجديد الذي يضبط التسارع والضغط بشكل مستقل.

تشير هذه النتائج المبكرة إلى تقدم سريع نحو ظروف الاندماج التي كان يُعتقد في السابق أنها لا يمكن تحقيقها إلا من خلال أنظمة ضخمة ومكلفة.

ضغوط البلازما تحطم الأرقام القياسية في FuZE-3

من خلال تشغيل تجربة Fusion Z-pinch 3، المعروفة باسم FuZE-3، أنتجت شركة Zap Energy بلازما بضغط إلكتروني يصل إلى 830 ميغاباسكال (MPa)، أو 1.6 غيغاباسكال (GPa) في المجموع. تشبه هذه الضغوط تلك الموجودة تحت قشرة الأرض. يمثل هذا الإنجاز أعلى ضغط تم تسجيله على الإطلاق في أ قرصة Z مقطوعة التدفق واستقرت ويمثل خطوة ذات مغزى نحو الوصول إلى اكتساب الطاقة العلمية، أو Q>1.

FuZE-3 هو أول نظام للشركة يستخدم قطبًا ثالثًا يسمح بإدارة العمليات المسؤولة عن تسريع البلازما وضغطها بشكل مستقل. تمت مشاركة النتائج المبكرة اليوم في اجتماع قسم فيزياء البلازما التابع للجمعية الفيزيائية الأمريكية في لونج بيتش، كاليفورنيا.

يقول كولين آدامز، رئيس قسم الفيزياء التجريبية: “هناك بعض التغييرات الكبيرة في FuZE-3 مقارنة بأنظمة Zap السابقة، ومن الرائع أن نراها تؤدي هذا الأداء الجيد بهذه السرعة”.

التحدي المتمثل في الوصول إلى ضغوط جاهزة للاندماج

تتطلب طاقة الاندماج بلازما شديدة الحرارة والكثيفة. يعد الضغط العالي، الذي يعكس درجة حرارة البلازما وكثافتها، عنصرًا حاسمًا لأن الضغط الأكبر يزيد من عدد تفاعلات الاندماج التي يمكن أن تحدث. تدفع بعض أساليب الاندماج إلى أعلى مستويات الضغط التي يمكنها الوصول إليها، بينما يركز البعض الآخر على الاحتفاظ بالبلازما لفترات أطول للتعويض عن الضغط المنخفض. تم تصميم أسلوب الضغط Z المثبت بالتدفق المنفصل من Zap لإيجاد توازن بين الضغط القوي والحبس الفعال.

أعلى ضغط إلكتروني تم قياسه بواسطة Zap حتى الآن هو 830 ميجا باسكال. وبما أن البلازما تحتوي على إلكترونات وأيونات أثقل بكثير، ومن المتوقع أن تكون درجات حرارتها متساوية تقريبًا، فإن ضغط البلازما الإجمالي (الإلكترونات والأيونات) يقدر بنحو ضعف هذه القيمة، أو 1.6 جيجا باسكال. من أجل المنظور، فإن جيجاباسكال الواحد يعادل حوالي 10000 مرة الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر، أو ما يقرب من 10 أضعاف الضغط في قاع خندق ماريانا.

https://www.youtube.com/<a href="https://yalebnan.org/48047/" rel="noopener noreferrer">watch</a>?v=Ke5NGjCpm0Y

تلتقط كاميرا عالية السرعة قرصة Z مقطوعة التدفق ومستقرة داخل جهاز FuZE-3. يتم توجيه الكاميرا مباشرة نحو عمود بلازما الاندماج وتكون موجة الضغط مرئية عندما تنهار إلى الداخل. تستغرق العملية حوالي ميكروثانية فقط. الائتمان: زاب للطاقة

التحقق من صحة النتائج من خلال التشخيصات عالية الدقة

تم الحفاظ على هذه الضغوط الشديدة لمدة ميكروثانية تقريبًا (واحد على مليون من الثانية) وتم قياسها باستخدام تشتت طومسون البصريوهي تقنية تعتبر على نطاق واسع الطريقة الأكثر موثوقية لتحديد حالات البلازما.

تضمنت التجارب الحديثة باستخدام FuZE-3 العديد من الطلقات المتكررة، أنتجت كل منها كثافة إلكترونية تتراوح بين 3-5×10²⁴ م^-3 ودرجات حرارة الإلكترون أعلى من 1 كيلو إلكترون فولت (ما يعادل 21,000,000 درجة فهرنهايت).

يقول بن ليفيت، نائب رئيس قسم البحث والتطوير: “لقد كان هذا جهدًا كبيرًا من قبل الفريق والذي كان ناجحًا بسبب دورة مترابطة بإحكام من التنبؤات النظرية، والنمذجة الحسابية، والبناء السريع وهندسة الاختبار، والتحقق التجريبي، وخبرة القياس”. “مع نظام أصغر لدينا ميزة القدرة على التحرك بسرعة، وتحقيق هذه النتائج في الأنظمة التي تمثل جزءًا صغيرًا من حجم وتكلفة أجهزة الاندماج ذات الأداء المماثل هو جزء كبير مما يجعل هذا إنجازًا كبيرًا.”

تصميم FuZE-3 لدفع حدود المنتج الثلاثي

FuZE-3 هو الجيل الثالث من أجهزة FuZE، وخامس جهاز Z-pinch مثبت التدفق المنفصل. كان جهاز Zap الأولي FuZE هو أول من قام بذلك تتجاوز 1 كيلو فولت درجات الحرارة وقد تم الآن إخراجها من الخدمة. FuZE-Q، جهاز Zap الأعلى أداءً من حيث الطاقة وإنتاج النيوترونات الاندماجية، لا يزال قيد التشغيل المنتظم إلى جانب FuZE-3.

تم تصميم FuZE-3 للصعود إلى مستويات جديدة من منتج ثلاثيوهو مقياس مهم في الاندماج وهو مزيج من ثلاثة قياسات: الكثافة ودرجة الحرارة وزمن الحبس. والأهم من ذلك أنه يتضمن ثلاثة أقطاب كهربائية وبنكين للمكثفات.

تسريع الفصل والضغط للتحكم بشكل أفضل

اعتمدت الاختبارات التي أجريت في Zap حتى الآن على أنظمة ذات نبضة واحدة من التيار الكهربائي تجري بين قطبين كهربائيين. وهذا يعني أن الطاقة المدفوعة في الجهاز يجب أن تسرع البلازما لتوفيرها استقرار التدفق وكذلك ضغط البلازما في قرصة Z.

يوضح آدامز: “إن القدرة على التحكم بشكل مستقل في تسريع وضغط البلازما تمنحنا قرصًا جديدًا لضبط الفيزياء وزيادة كثافة البلازما”. “لقد كان النظام ثنائي القطب فعالاً في التسخين، لكنه افتقر إلى الضغط المستهدف في نماذجنا النظرية.”

على الرغم من أن القياسات الجديدة تظهر ضغوطًا عالية جدًا، إلا أن فيزياء زاب هي شكل من أشكال الحبس المغناطيسي في حالة شبه ثابتة، وليست فيزياء الاندماج بالقصور الذاتي التي تستهدفها الأنظمة التي تضغط الهدف في أجزاء من الثانية باستخدام مصفوفات ضخمة من أشعة الليزر القوية (أو أيضًا في بعض الحالات). القرصات Z). بالنسبة لنهج زاب، فإن التحكم في تسارع البلازما لتوليد واستدامة التدفق المستقر لا يقل أهمية عن التحكم في الضغط.

النتائج المبكرة وأهداف الأداء الطموحة المقبلة

لا تزال أحدث النتائج التي توصل إليها زاب تعتبر نتائج مبكرة، حيث يقوم الفريق بإجراء تجارب إضافية على FuZE-3. ستتم مشاركة المزيد من المعلومات هذا الأسبوع في اجتماع APS DPP، ويتوقع الباحثون نشر بيانات FuZE-3 الكاملة في المنشورات العلمية القادمة.

يقول ليفيت: “لقد بدأنا للتو في استخدام FuZE-3”. “لقد تم بناؤه وتشغيله مؤخرًا، ونحن ننتج الكثير من اللقطات عالية الجودة ذات التكرار العالي، ولدينا الكثير من المساحة لمواصلة إحراز تقدم سريع في أداء الاندماج. سنقوم بدمج الدروس المستفادة من FuZE-3 في أنظمة الجيل التالي لدينا بينما نواصل التقدم نحو الاندماج التجاري.”

ومع استمرار الاختبار على FuZE-3، تستعد Zap أيضًا لإطلاق جيل آخر من نظام FuZE، والذي من المقرر أن يبدأ التشغيل هذا الشتاء. العمل على تكنولوجيا محطات الطاقة المستقبلية يتقدم في نفس الوقت، بدعم من منصة مظاهرة القرن.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل, يكتشف، و أخبار.