En el Instituto Nacional de Ciencias de Fusión de los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales, los investigadores han desarrollado la sonda de haz de iones pesados de alta energía, con el fin de realizar una medición potencial dentro de un plasma de alta temperatura que se generó en el Gran Dispositivo Helicoidal del Instituto LHDAl participar en una investigación en colaboración con el Instituto de Investigación de Mecánica Aplicada de la Universidad de Kyushu, descubrieron el nuevo fenómeno de la excitación abrupta de las fluctuaciones y aclararon el mecanismo de este fenómeno. Se publicaron dos trabajos de investigación sucesivos que resumen estos resultados de investigación Cartas de revisión física , la revista del Instituto Americano de Física, el 8 de enero de 2016.
Buscando lograr la fusión nuclear, la investigación sobre el plasma a alta temperatura de más de 100,000,000 grados Celsius se está llevando a cabo en todo el mundo. En un plasma magnéticamente confinado, a veces ocurre abruptamente la excitación de fluctuaciones con gran amplitud, lo que conduce a unaposible pérdida de plasma. Tal fenómeno influye en el rendimiento del reactor de fusión nuclear. Debido a que existe la posibilidad de dañar el material de construcción circundante, aclarar los mecanismos que conducen a la excitación, predecir la excitación y evitar la excitación son cuestiones importantes.
Por otro lado, también en el plasma cósmico, se producen fenómenos abruptos similares, y entre ellos se conoce bien la aparición de erupciones solares. Sin embargo, en cualquier caso, no se comprende bien por qué ocurren grandes eventos abruptamente. En la actualidad, estoes un problema sin resolver
El grupo de investigación del Dr. Takeshi Ido, del Instituto Nacional de Ciencias de la Fusión, para observar el potencial de plasma dentro de un plasma de alta temperatura producido en el LHD y que supera los cien millones de grados Celsius, ha desarrollado undispositivo de diagnóstico la sonda de haz de iones pesados [1]. Al usar ese dispositivo, al medir las fluctuaciones en un plasma, su grupo de investigación descubrió un nuevo fenómeno en el que las fluctuaciones que generalmente se consideran estables crecieron abruptamente, acompañadas de una gran amplitud de oscilación.Examinando los datos experimentales en detalle, lograron el resultado en el que antes de que ocurriera la excitación de estas fluctuaciones abruptas, se generó una fluctuación separada. Esa fluctuación precedente desencadenó el proceso y se obtuvo un resultado que indica fluctuaciones abruptas de gran amplitud.
A través de la investigación en colaboración con el grupo de investigación del Dr. Sanae-I. Itoh, del Instituto de Investigación de Mecánica Aplicada de la Universidad de Kyushu, los investigadores construyeron un nuevo modelo teórico para explicar este fenómeno. Cuando realizaron confirmaciones a través de simulaciones numéricas, reprodujeron con éxito elresultados experimentales: a partir de esto, pudieron descubrir el fenómeno hasta ahora desconocido de la excitación abrupta de las fluctuaciones, aclarar el mecanismo y predecir la excitación.
Los puntos importantes de los resultados de estas investigaciones son que probaron que cuando el estímulo del exterior está más allá de cierto nivel, el mecanismo físico existe en un plasma de alta temperatura que excita fluctuaciones abruptas y de gran amplitud, y aclararon las condiciones necesarias paraexcitación. Los fenómenos que poseen este tipo de calidad se denominan inestabilidad subcrítica.
Como un ejemplo del fenómeno en el que las fluctuaciones de gran amplitud se excitan abruptamente, en un plasma de confinamiento magnético, hay fenómenos de colapso como la oscilación y la interrupción del diente de sierra que degrada el rendimiento del plasma, y en el plasma cósmico se produce la aparición brusca de erupciones solaresLos mecanismos de generación para estos fenómenos abruptos son cuestiones sin resolver que han sido debatidas durante mucho tiempo. Como candidatos para causar estos fenómenos abruptos, la existencia de inestabilidad subcrítica se indicó teóricamente. A través de esta investigación, se ha demostrado por primera vez que tal inestabilidadexiste en ondas acústicas geodésicas, que están en un plasma, y predijimos con éxito la ocurrencia de este fenómeno. Se espera que estos resultados sean indicadores además de avanzar en nuestra comprensión de numerosos fenómenos abruptos que se observan ampliamente. La abrupta excitación de fluctuaciones quese ha descubierto da indicaciones de la posibilidad de calor por plasmaing que contribuyen a estas fluctuaciones.Además, la investigación en un plasma confinado que puede aclarar el mecanismo de ocurrencia de fenómenos abruptos y predecir la ocurrencia contribuirá en gran medida a la futura investigación de fusión nuclear y al desarrollo de la ciencia y la tecnología, como evitar daños al reactor de fusión nuclear y suprimir el daño de las tormentas magnéticas..
Explicaciones de terminología :
* 1 Sonda de haz de iones pesados :
Este es un dispositivo de diagnóstico para medir el potencial eléctrico y las fluctuaciones de densidad en un plasma de alta temperatura confinado por un campo magnético. Al medir el potencial eléctrico en un plasma que excede 100,000,000 grados Celsius, no podemos insertar una sonda de medición sólida como un probadorPor lo tanto, en lugar de un sólido, inyectamos un ion pesado. A partir de los cambios en la energía del ion pesado que pasa a través del plasma, podemos obtener el potencial eléctrico y simultáneamente obtener información sobre la densidad del plasma a partir del cambio en el númerode iones pesados detectados
* 2 Oscilación de diente de sierra :
Este es un fenómeno en el cual, en una distribución de temperatura del plasma de tipo rosquilla, la distribución de la densidad colapsa y se regenera casi cíclicamente. Cuando medimos la temperatura en el núcleo del plasma y la intensidad de la radiación de rayos X suaves, estos aumentan gradualmente y disminuyen repentinamente repetidamenteEste nombre se ha adjuntado porque la estructura de onda de las señales se asemeja a una hoja de sierra.
* 3 Interrupción :
Este es un fenómeno de colapso que se puede observar en un tokamak, que es un tipo de confinamiento de plasma de fusión nuclear. El plasma desaparece en el período extremadamente corto de típicamente 1/1000 de segundo. Existe la posibilidad de que la energía térmica yla energía electromagnética que se emite en ese momento puede dañar el dispositivo, y en el reactor de fusión nuclear de tipo tokamak, el establecimiento de un método de control por el cual este tipo de fenómeno de colapso no es importante.
* 4 Modo acústico geodésico :
Cuando un avión busca volar la distancia más corta a su destino, sigue una gran ruta de navegación circular. El curso de una gran ruta de navegación circular también se llama "línea geodésica", y sobre el globo es una línea de curvatura que conectaapunta en una línea "recta". Debido a que el plasma toma la forma de una rosquilla, la línea de fuerza magnética no se convierte en una línea geodésica. Cuando se carga un plasma, se mueve verticalmente a la línea de fuerza magnética.la línea de fuerza no es una línea geodésica, el plasma se comprime y se expande. Las oscilaciones que acompañan a la compresión y la expansión se denominan "ondas acústicas geodésicas". Cuando se genera una onda acústica geodésica, suprime la turbulencia del plasma. Además, transfiere elenergía de partículas alfa nacidas de la reacción de fusión al combustible, y existen otras posibilidades. Para la fusión nuclear, esto se considera una oscilación importante.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Institutos Nacionales de Ciencias Naturales . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencias de revistas :
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