علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
Magnetizing laser-driven inertial fusion implosions
(Ingrid Fadelli – بقلم: انغريد فاديلي)
ملخص المقالة:
عندما تندمج نوى ذرية ذات عدد ذري منخفض من خلال عملية الاندماج النووي لتشكيل نواة أثقل، تنطلق كمية كبيرة من الطاقة. ويمكن إنتاج تفاعلات الاندماج النووي باستخدام اندماج الحبس بالقصور الذاتي، والذي يستلزم استخدام أشعة الليزر القوية لتفجير كبسولة الوقود وإنتاج البلازما. وقد أظهر باحثو معهد ماساتشوستس للتقنية وجامعة ديلاوير وجامعة روتشستر ومختبر لورانس ليفرمور الوطني وإمبريال كوليدج لندن وجامعة روما لاسابينزا مؤخرًا ما يحدث لهذا الانفجار الداخلي عندما يطبق المرء مجالًا مغناطيسيًا قويًا على كبسولة الوقود المستخدمة في اندماج الحبس بالقصور الذاتي، ووضحت ورقتهم البحثية المنشورة أن الحقول المغناطيسية القوية تعمل على تسطيح شكل الانصهار بالقصور الذاتي. وقد استخدموا مجالًا مغناطيسيًا عاليًا للغاية يبلغ 50 تيرابايت، والصدمات لدفع تجارب الانفجار الداخلي في منشأة ليزر أوميغا؛ ووجدوا – لأول مرة – أن هذا المجال جعل شكل الانفجار الداخلي مفلطحًا بدرجة أكبر.
( المقالة )
الاندماج النووي هو عملية مدروسة على نطاق واسع يتم من خلالها اندماج النوى الذرية ذات العدد الذري المنخفض معًا لتشكيل نواة أثقل، مع إطلاق كمية كبيرة من الطاقة. ويمكن إنتاج تفاعلات الاندماج النووي باستخدام طريقة تُعرف باسم اندماج الحبس بالقصور الذاتي، والتي تستلزم استخدام أشعة الليزر القوية لتفجير كبسولة الوقود وإنتاج البلازما.
وقد أظهر الباحثون في معهد ماساتشوستس للتقنية (MIT)، وجامعة ديلاوير، وجامعة روتشستر في نيويورك، ومختبر لورانس ليفرمور الوطني، وإمبريال كوليدج لندن، وجامعة روما لاسابينزا الايطالية مؤخرًا ما يحدث لهذا الانفجار الداخلي عندما يطبق المرء مجالًا مغناطيسيًا قويًا على كبسولة الوقود المستخدمة في اندماج الحبس بالقصور الذاتي. وتوضح ورقتهم البحثية، التي نُشرت في مجلة “رسائل المراجعة الفيزيائية” (Physical Review Letters)، أن الحقول المغناطيسية القوية تعمل على تسطيح شكل الانصهار بالقصور الذاتي.
وقال أريجيت بوس، أحد الباحثين الذين أجروا الدراسة ، لموقع (Phys.org) الالكتروني: “في اندماج الحبس الذاتي، تنفجر كبسولة كروية بحجم مليمتر باستخدام ليزر عالي الطاقة للاندماج النووي”. وأضاف: “يمكن لتطبيق مجال مغناطيسي على الانفجارات أن يربط جسيمات البلازما المشحونة بالمجال-ب ويحسن فرص اندماجها. ومع ذلك، نظرًا لأن المجال المغناطيسي يمكن أن يقيد حركة جسيمات البلازما فقط في الاتجاه عبر خطوط المجال وليس في الاتجاه على طول خطوط المجال المطبقة، يمكن أن يؤدي ذلك إلى اختلافات بين الاتجاهين التي تؤثر على شكل الانفجار الداخلي”.
وعلى مدى العقد الماضي، قام العديد من الفيزيائيين بالتحقيق في الآثار المحتملة للانفجارات الممغنطة الاندماجية. ومع ذلك، كانت معظم دراساتهم ذات طبيعة رقمية ولم تختبر الفرضيات في بيئة تجريبية.
وهكذا قرر بوس وزملاؤه إجراء سلسلة من الاختبارات لتحديد ما يحدث بشكل تجريبي لشكل اندماج القصور الذاتي تحت تأثير مغنطة قوية. وقد صُممت تجاربهم خصيصًا لاستكشاف خصائص البلازما الممغنطة بقوة، من خلال إنتاج ظروف بلازما فريدة. وفي هذه الظروف، تكون أيونات البلازما والإلكترونات ممغنطة.
وأوضح بوس أنه “من الجدير بالذكر أن مغنطة أيونات البلازما من الصعب جدًا تحقيقها ولم تتم دراستها باستخدام الليزر عالي الطاقة. لإجراء اختباراتنا، استخدمنا مجالًا مغناطيسيًا عاليًا للغاية يبلغ 50 تيرابايت، أعلى بكثير من تلك المستخدمة في التجارب السابقة، واستخدمنا الصدمات لدفع تجارب الانفجار الداخلي في منشأة ليزر أوميغا. وجدنا، لأول مرة، أن هذا المجال ساوى شكل الانفجار الداخلي، بحيث أصبح مفلطحًا بدرجة أكبر”.
وأجرى الباحثون تجاربهم في منشأة أوميغا لليزر الموجودة في مختبر طاقة الليزر في روتشستر، نيويورك. وعلى وجه التحديد، قاموا بتطبيق حقول-ب عالية (أي بقوة 1000 مرة أعلى من تلك الموجودة في مغناطيس القضيب النموذجي)، على كبسولة كروية بحجم مليمتر، والتي تم تسخينها إلى أكثر من 100 مليون درجة كلفن باستخدام صدمة مدفوعة بالليزر.
وقال بوس: “أنتج تسخين الصدمة والحقل-ب المطبق ظروف بلازما فريدة من نوعها مع إلكترونات وأيونات ممغنطة بقوة والتي كانت مهمة للتجارب”. وتابع: “من خلال عمليات المحاكاة، قررنا بعد ذلك أن هذا الشكل المفلطح ناتج عن كبت تدفق الحرارة (عموديًا على اتجاه المجال المغناطيسي) في البلازما الممغنطة بقوة”.
ويوفر العمل الأخير الذي قام به هذا الفريق من الباحثين رؤى قيمة جديدة حول عمليات الاندماج بالقصور الذاتي والتأثيرات التي يمكن أن تحدثها المجالات المغناطيسية عليها. وفي المستقبل، يمكن استخدام الطريقة التي حددوها من قبل فرق أخرى لإنتاج إلكترونات وأيونات ممغنطة بقوة في الإعدادات التجريبية، باستخدام ليزر عالي الطاقة.
وأضاف بوس: “الأهم أننا كنا أول من لاحظ أن المجال المغناطيسي المطبق أدى إلى تسطيح شكل الانفجار الداخلي. في دراساتنا التالية، نخطط لاستخدام ‘الوصفة‘ الموضحة في ورقتنا البحثية لإجراء المزيد من التجارب التي تهدف إلى إنتاج إلكترونات وأيونات ممغنطة بقوة لاستقصاء تأثير المغنطة على خصائص النقل”.
*تمت الترجمة بتصرف
المصدر:
https://phys.org/news/2022-06-magnetizing-laser-driven-inertial-fusion-implosions.html
لمزيد من المعلومات: أ بوس وآخرون، Effect of Strongly Magnetized Electrons and Ions on Heat Flow and Symmetry of Inertial Fusion Implosions, Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.195002
