Разгадка одной из самых грандиозных и головокружительных проблем в физике - создание энергии управляемого синтеза - еще впереди.
Но благодаря исследованиям, проведенным недавно в меньшем, менее грандиозном масштабе на Невадском тераваттном объекте в Университете Невады, Рино и в Университетском колледже науки, был сделан важный шаг в понимании некоторых фундаментальных процессы, необходимые для получения энергии синтеза.
И все это произошло благодаря работе, проделанной на плечах Z-пинчей, которые более «карликовые» по размеру, чем «гигантские» лазеры в национальных лабораториях, которые могут генерировать до 40 триллионов ватт мощности рентгеновского излучения..
Z-пинч - это тип системы удержания плазмы, в которой используется быстрый электрический ток в плазме для создания магнитного поля. «Выстрелы» быстрых 100-наносекундных импульсов, превышающих 20 миллионов ампер, производятся через вольфрамовые провода размером порядка десятков микрон в Z-пинче Сандийской национальной лаборатории..
«С нашим Z-пинчем NTF на 1 миллион ампер мы можем исследовать очень интересную физику, которая может быть применена к большим пинчам в национальных лабораториях», - говорит Владимир Иванов, который исследовал Z-пинчи с проволочной решеткой в NTF привела к статье в престижном журнале Physical Review Letters.
В статье Иванова «Динамика массопереноса и полей магнитного поля в z-пинчах с низкой проволочной решеткой» Иванов и группа студентов и исследователей обнаружили микроскопические эффекты, которые вызывают неэффективность, ограничивающую преобразование электрической энергии, необходимой для энергия имплозии.
Значение работы Иванова очень важно, говорит Том Коуэн, директор NTF.«Это фундаментальная вещь, физика, если хотите, которая ограничивает переход электрической энергии в энергию имплозии, которая отвечает за нагрев и производство рентгеновских лучей, которые в конечном итоге приведут к термоядерной реакции в лаборатории. - говорит Коуэн.
В эксперименте Иванова использовался генератор Z-пинча "Зебра" на 1 миллион ампер вместе с диагностикой плазмы, которая включала пятикадровое лазерное зондирование z-пинча в трех направлениях. Это измеренный перенос массы во время имплозии.
Ранее работы лазерного зондирования в этой области было трудно прочитать. Изображения из «кадров» часто страдали плохим разрешением, размытостью или отсутствием контраста.
Образы, созданные техникой Иванова, были яркими. Они показали не только плазменные «пузыри», поднимающиеся на разрывах используемых проводов, но и то, что Коуэн называет «пальцами» материи, оставшейся после взрыва.
«С этими тянущимися пальцами массы часть тока остается позади», - говорит Коуэн.«Ток управляет процессом имплозии, поэтому эта неэффективность очень важна. Последовательность этих небольших режимов отказа, этих небольших эффектов плавления, происходящих на проводах, ограничивает большие эксперименты. Поняв это лучше, мы можем придумать. новые способы взглянуть на то, как ток течет в плазму и как взаимодействует масса».
Искусным творческим ходом Иванов смог использовать свои предыдущие исследования в области физики лазерной плазмы в своих интересах при проведении своего эксперимента по физике плазмы Z-пинча. Таким образом, Иванов напал на эксперимент, подозревая, что предыдущие Z-пинчи, работавшие при подаче 100-наносекундных импульсов, можно было бы улучшить, если бы можно было понять динамику в более коротком временном масштабе. Для типичной лазерной плазмы более распространена доставка за наносекунду или даже быстрее, например за тысячную долю наносекунды.
«Поэтому он решил, что хотел бы посмотреть на это с более короткими лазерными импульсами, и это была часть технологии, позволяющая получить полезную информацию», - говорит Коуэн.
Это один из тех совершенно прекрасных примеров, когда Владимир, его ученики и его команда разработали совершенно новые способы измерения фундаментальных процессов, таких как ток и массовый расход, когда пузырьки плазмы ускоряются, взрываются и нагревают плазма», - говорит Коуэн.