Pagbotelya ng Pinakalamig na Plasma sa Daigdig upang Ipakita ang mga Lihim ng Lakas ng Fusion

Ang mag-aaral na nagtapos sa Rice University na si Grant Gorman ay nagtatrabaho sa Rice’s Ultracold Atoms at Plasmas Lab. Larawan: Jeff Fitlow / Rice University

Pinalamig ng laser plasma-ang isang bote ng araw ay maaaring sagutin ang mga katanungan tungkol sa lakas ng pagsasanib.

Ang mga pisiko mula sa Rice University ay nakatuklas ng isang paraan upang makulong ang pinakamalamig na plasma ng mundo sa isang magnetikong bote; Ito ay isang gawaing pang-teknolohikal na maaaring umasenso sa malinis na enerhiya, space air, at pagsasaliksik sa astrophysics.

“Upang maunawaan kung paano nakikipag-ugnay ang solar wind sa Earth o upang makabuo ng malinis na enerhiya mula sa pagsasanib ng nukleyar, kinakailangang maunawaan kung paano kumilos ang plasma – isang sopas ng mga electron at ions – sa isang magnetic field,” sabi ni Tom Killian, Dean of Rice Mga Likas na Agham. , may-katuturang may-akda ng isang nai-publish na pag-aaral tungkol sa pag-aaral, Mga Sulat sa Physical Review.

Gamit ang laser-cooled strontium, sina Killian at mga nagtapos na mag-aaral na sina Grant Gorman at MacKenzie Warrens ay gumawa ng isang plasma tungkol sa 1 degree sa itaas. ganap na zeroo mga -272 degree Centigradeat nahuli sandali ng mga puwersa mula sa nakapalibot na mga magnet. Ito ang kauna-unahang pagkakataon na ang isang ultra-cold plasma ay magnetikong nakakulong, at si Killian, na nagtatrabaho sa mga ultra-cold plasmas sa loob ng higit sa dalawang dekada, ay nagsabing binuksan niya ang pintuan upang suriin ang mga plasmas sa maraming mga kapaligiran.

“Nagbibigay ito ng isang malinis at makokontrol na kapaligiran sa pagsubok para sa pagsusuri sa mga walang katuturan na mga plasmas sa mas kumplikadong mga lokasyon tulad ng solar o solar na kapaligiran. Puting dwende mga bituin, ”sabi ni Killian, propesor ng pisika at astronomiya. “Talagang kapaki-pakinabang na ang plasma ay napakalamig at mayroon itong napakalinis na mga system ng lab. Simula sa isang simple, maliit, mahusay na kontrolado, mahusay na maunawaan na sistema ay nagbibigay-daan sa iyo upang alisin ang ilan sa mga kalat at tunay na ihiwalay ang hindi pangkaraniwang bagay na gusto mong makita. “

MacKenzie Warrens

Ang mag-aaral na nagtapos sa Rice University na si MacKenzie Warrens ay nag-set up ng isang eksperimento sa paglamig ng laser sa Ultracold Atoms at Plasmas Lab ng Rice. Kredito: Larawan: Jeff Fitlow / Rice University

Ito ay mahalaga para sa pag-aaral ng kapwa may-akda na si Stephen Bradshaw, isang Rice astrophysicist na dalubhasa sa pag-aaral ng mga phenomena ng plasma sa araw.

“Sa buong atomosfir ng araw, ang (malakas) magnetic field ay may epekto ng pagbabago ng lahat kumpara sa kung ano ang aasahan mong wala ang magnetic field, ngunit sa napaka banayad at masalimuot na mga paraan, sa sobrang banayad at masalimuot na mga paraan na maaaring makuha ka paglipat kung wala kang anumang bagay., naiintindihan namin ito nang mabuti, ”aniya.

Ang mga physicist ng solar ay bihirang nakakakuha ng isang malinaw na pagmamasid sa ilang mga pag-aari sa himpapawid ng araw dahil ang bahagi ng himpapawid ay nasa pagitan ng mga pag-aari at ng kamera, at ang mga hindi kaugnay na phenomena sa pumapasok na kapaligiran na nakakubli sa nais nilang obserbahan.

“Sa kasamaang palad, dahil sa problemang ito ng linya ng paningin, ang mga pagsukat sa pagmamasid sa mga pag-aari ng plasma ay naiugnay sa lubos na kawalan ng katiyakan,” sabi ni Bradshaw. “Ngunit habang pinapabuti namin ang aming pag-unawa sa mga phenomena, at pinakamahalaga, kapag gumagamit kami ng mga resulta sa lab upang subukan at i-calibrate ang aming mga numerong modelo, inaasahan kong mabawasan natin ang kawalan ng katiyakan sa mga pagsukat na iyon.”

Mabilis na Pagpapalawak ng Ultracold Plasma Cloud

Ipinapakita ng mga imaheng nabuo ng fluorescence na gawa sa laser kung paano kumikilos ang isang mabilis na paglawak ng ulap na malamig na plasma (dilaw at ginto) kapag nakakulong sa isang pang-apat na poste na pang-akit. Ang mga ultra cold plasmas ay nabuo sa gitna ng silid (kaliwa) at mabilis na lumalawak, karaniwang nagkakalat sa loob ng ilang libu-libo ng isang segundo. Ang mga physicist ng Rice University ay nakulong at nakulong na ultra-cold plasma sa loob ng ilang mga sandaang segundo gamit ang malakas na magnetic field (pink). Sa pamamagitan ng pagsusuri kung paano nakikipag-ugnay ang mga plasmas sa mga malalakas na magnetikong larangan sa naturang mga eksperimento, inaasahan ng mga mananaliksik na sagutin ang mga katanungan sa pananaliksik tungkol sa malinis na pagsasanib na enerhiya, solar physics, space air, at marami pa. Kredito: Sa kabutihang loob ng T. Killian / Rice University

Ang Plasma ay isa sa apat na pangunahing estado ng bagay, ngunit hindi katulad ng mga solido, likido, at gas, ang mga plasmas sa pangkalahatan ay hindi bahagi ng pang-araw-araw na buhay dahil may posibilidad silang mangyari sa mga maiinit na lugar tulad ng araw, kidlat, o kandila. Tulad ng mga maiinit na plasmas na ito, ang mga plasmas ni Killian ay mga sopas ng mga electron at ions, ngunit ang mga ito ay pinalamig ng paglamig ng laser, isang pamamaraan na binuo noong isang-kapat siglo na ang nakakaraan upang makuha at mabagal ang bagay na may ilaw.

Ang apat na poste ng magnetikong kagamitan na ginamit upang makuha ang plasma ay isang pamantayang bahagi ng ultra-cold na patakaran ng pamahalaan na ginagamit ng kanyang laboratoryo at iba pa upang makagawa ng mga ultra-cold plasmas, sinabi ni Killian. Ngunit ang pag-alam kung paano makukuha ang plasma na may mga magnet ay isang mahirap na problema dahil pininsala ng magnetikong patlang ang ginagamit ng mga pisiko na sistema ng optiko upang tingnan ang mga ultra-cold na plasmas.

“Ang aming pagsusuri ay kung ang pag-ilaw ng laser na sapilitan, kung saan sinasalamin namin ang isang laser beam sa mga ions sa aming plasma, at ang dalas ng sinag ay tama, ang mga ions ay magkakalat ng mga photon nang mabisa,” aniya. “Maaari kang kumuha ng larawan ng mga ito at makita kung nasaan ang mga ions at sukatin din ang kanilang bilis sa pamamagitan ng pagtingin sa shift ng Doppler, tulad ng paggamit ng radar gun upang makita kung gaano kabilis ang paggalaw ng isang kotse. Ngunit ang mga magnetic field ay talagang lumilipat sa paligid ng kanilang mga frequency ng resonance, at dapat nating makilala ang mga shift mula sa magnetic field sa spectrum mula sa mga Doppler shift na nais nating obserbahan. “

Ito ay makabuluhang kumplikado sa mga eksperimento, at upang gawing mas kumplikado ang mga bagay, ang mga magnetic field ay nagbago nang malaki sa buong plasma.

Grant Gorman Tom Killian MacKenzie Warrens

Ang mga physicist ng Rice University (kaliwa hanggang kanan) sina Grant Gorman, Tom Killian, at MacKenzie Warrens ay natuklasan kung paano makukulong ang pinakamalamig na plasma ng mundo sa isang magnetikong bote; Ito ay isang gawaing pang-teknolohikal na maaaring isulong ang pagsasaliksik sa malinis na enerhiya, space air, at solar physics. Kredito: Larawan: Jeff Fitlow / Rice University

“Samakatuwid, upang maunawaan ang data at maunawaan kung ano ang nangyayari sa plasma, dapat makipag-usap hindi lamang sa isang magnetic field, ngunit din sa isang kumplikadong pagbabago ng magnetic field sa kalawakan,” sabi ni Killian. “Gumugol kami ng isang taon na sinusubukan na maunawaan kung ano ang nakita namin pagkatapos matanggap ang data.”

Ang pag-uugali ng plasma sa mga eksperimento ay mas kumplikado din ng magnetic field. Ito ang tiyak kung bakit kapaki-pakinabang ang diskarte sa pagkuha.

“Mayroong maraming pagiging kumplikado habang lumalawak ang aming plasma sa mga linya ng patlang na ito at nagsimulang maramdaman ang mga puwersa at ma-trap,” sinabi ni Killian. “Ito ay talagang isang pangkaraniwang kababalaghan, ngunit napaka-kumplikado at isang bagay na talagang kailangan nating maunawaan.”

Ang isang halimbawa mula sa kalikasan ay ang mga alon ng plasma na may lakas na enerhiya mula sa araw na sanhi ng solar wind, ang aurora borealis, o mga ilaw sa hilagang. Kapag ang plasma mula sa solar wind ay tumama sa Earth, nakikipag-ugnay ito sa magnetic field ng ating planeta, at ang mga detalye ng mga pakikipag-ugnayan na ito ay hindi pa malinaw. Ang isa pang halimbawa ay pagsasaliksik ng fusion energy, kung saan inaasahan ng mga physicist at inhinyero na muling likhain ang mga kundisyon sa loob ng araw upang lumikha ng isang malawak na mapagkukunan ng malinis na enerhiya.

Stephen bradshaw

Ang physicist ng Rice University plasma na si Stephen Bradshaw ay nag-aaral ng solar flares, solar warming, solar wind, at iba pang mga phenomena ng solar physics. Kredito: Jeff Fitlow / Rice University

Sinabi ni Killian na ang apat na poste na pagpupulong na magnetiko na sina Gorman at Warren na ginamit upang bote ng kanilang ultra-cold plasma ay katulad ng mga disenyo na binuo ng mga mananaliksik ng fusion energy noong 1960. Sinabi ni Bradshaw na para sa pagsasanib ang plasma ay dapat na humigit-kumulang na 150 milyong degree Celsius, at hamon na maglaman ito nang magnetiko, dahil sa hindi nasagot na mga katanungan tungkol sa kung paano nakikipag-ugnayan at nakakaapekto ang bawat isa sa mga patlang at plasma.

“Ang isa sa mga pinakamalaking problema ay ang pagpapanatiling matatag ang magnetikong patlang upang maipaloob ang reaksyon,” sabi ni Bradshaw. “Sa sandaling mayroong isang maliit na uri ng kaguluhan sa magnetikong larangan, lumalaki ito at ‘pfft’, nawasak ang reaksyong nukleyar.

“Upang gumana ito ng maayos, kailangan mong panatilihin ang mga bagay talaga, talagang matatag,” sabi niya. “At muli, ang pagtingin sa mga bagay sa isang talagang maganda, malinis na laboratoryo ng plasma ay maaaring makatulong sa amin na mas maunawaan kung paano nakikipag-ugnay ang mga maliit na butil sa patlang.”

Sanggunian: “Magnetic Confinement ng Ultra Cold Neutral Plasma” ni GM Gorman, MK Warrens, SJ Bradshaw at TC Killian, 25 Peb 2021, Magagamit dito. Mga Sulat sa Physical Review.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.085002

Ang pananaliksik ay suportado ng Air Force Scientific Research Office at ng National Science Foundation Postgraduate Research Fellowship Program.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang lumalaking problema ng “malalim na heograpiya”

Ang maaaring mukhang isang imahe ng Tacoma ay talagang isang simulate na nilikha sa pamamagitan ng paglilipat ng mga biswal na imahe ng Beijing...

Bagong Milky Way Exterior Destroyers Bagong Sky Map ay Inilabas – Madilim na Mahalagang Mga Konsepto ay Maaaring Magbigay ng Bagong Eksperimento

Ang mga astronomo ay naglabas ng isang bagong celestial map ng Milky Way galaxy na pinakamalapit sa aming kalawakan. Kredito: NASA / JPL-Caltech...

Susunod na Generation Stable Pop-Up na Istraktura na inspirasyon ni Origami

Ni Harvard John A. Paulson School of Engineering at Applied Science Abril 22, 2021 Ang hindi masusunog na kanlungan na ito ay hindi natatakpan ng makapal...

Pinalitan ng DNA ang Y Chromosome na Nag-aambag ng Maikling Buhay na Buhay sa Mga Lipad ng Lalaki

Pagpapayaman ng Heterochromatin sa lahat ng mga chromosome. Immunofluorescence stain ng H3K9me3 sa male mitotic chromosome. Bar scale ay 50μm. Kredito:...

Pinapayagan ng mga polimer na kumakain ng polimer ang “biodegradable” na mga plastik na tunay na masusunog

Ang ginagamot na plastik (kaliwa) ay naghiwalay pagkatapos ng tatlong araw lamang sa karaniwang pag-aabono (kanan) at ganap na makalipas ang dalawang linggo. ...

Newsletter

Subscribe to stay updated.