Un nuevo giro en la compresión magnética de los plasmas podría mejorar la ciencia de los materiales, la investigación de fusión nuclear, la generación de rayos X y la astrofísica de laboratorio, sugiere una investigación dirigida por la Universidad de Michigan.
El estudio muestra que un campo magnético en forma de resorte reduce la cantidad de plasma que se desliza entre las líneas del campo magnético.
Conocido como el cuarto estado de la materia, el plasma es un gas tan caliente que los electrones se liberan de sus átomos. Los investigadores utilizan la compresión magnética para estudiar estados extremos de plasma en los que la densidad es lo suficientemente alta como para que los efectos de la mecánica cuántica se vuelvan importantes.ocurren naturalmente dentro de estrellas y planetas gigantes gaseosos debido a la compresión de la gravedad.
El grupo de investigación dirigido por Ryan McBride, profesor asociado de ingeniería nuclear y ciencias radiológicas en la UM, prueba formas de lograr estados como este implosionando cilindros de plasma con campos magnéticos. Estos cilindros tienden a romperse en un "enlace de salchicha"moda cuando el campo magnético encuentra pequeñas grietas en la superficie del cilindro y las corta el término técnico es" inestabilidad de salchichas ".
"Es como tratar de apretar un trozo de mantequilla suave con las manos", dijo McBride. "La mantequilla se escurre entre los dedos".
La mantequilla en la analogía de McBride es plasma y los dedos son líneas de campo magnético. Su grupo buscó una manera de evitar que el campo magnético cavara en las imperfecciones en el cilindro, haciendo que el campo se presionara más uniformemente en la superficie externa del cilindroHicieron esto girando el campo magnético en una hélice, esa forma de resorte, y variando el ángulo en el que la hélice presionó el cilindro de plasma. Esto hizo más difícil que el campo magnético se cortara, el campo se movíamuchas divisiones en lugar de presionar en una sola división durante demasiado tiempo.
Las configuraciones magnéticas más retorcidas probadas en estos experimentos redujeron la longitud de los tentáculos de plasma que escapan en aproximadamente un 70%. La investigación se realizó en colaboración con Sandia National Laboratories y el Laboratorio de Estudios de Plasma de la Universidad de Cornell.
El equipo cambió la forma del campo magnético al cambiar la forma en que la corriente eléctrica más de 1 millón de amperios atraviesa el dispositivo de compresión. La corriente eléctrica generalmente sube por el cilindro central que se va a comprimir y luegohacia abajo a través de columnas rectas de "corriente de retorno" que rodean el cilindro central. Esto produce un campo magnético cilíndrico que rodea el cilindro central. Para transformar el campo cilíndrico en una hélice, el equipo giró las columnas de corriente de retorno alrededor del cilindro central.el cilindro central comienza como una lámina de metal, pero la enorme corriente eléctrica transforma rápidamente el metal en plasma. Ejecutaron los experimentos en el Acelerador de Investigación Cornell Beam.
"Diseñar las estructuras actuales de retorno fue un acto de equilibrio interesante", dijo Paul Campbell, primer autor del artículo y estudiante de doctorado en ingeniería nuclear y ciencias radiológicas en la UM. "No estábamos seguros de poder siquiera obtenerestas estructuras se mecanizaron, pero afortunadamente, la impresión 3D en metal ha avanzado lo suficiente como para que pudiéramos imprimirlas ".
Campbell explicó que cuando las estructuras están más retorcidas, pasa menos corriente a través de ellas, por lo que las columnas tuvieron que colocarse más cerca del plasma implosionante para compensar. Al mismo tiempo, necesitaban espacios en la estructura para poder ver quéestaba sucediendo con la implosión.
En línea con la replicación de las condiciones dentro de las estrellas, la compresión magnética es un método para comprimir combustible de fusión nuclear, típicamente variantes de hidrógeno, para estudiar los procesos que alimentan las estrellas. La técnica también puede generar potentes explosiones de rayos X y simular astrofísicafenómenos como los chorros de plasma cerca de los agujeros negros.
La revista acepta un artículo sobre esta investigación, "Estabilización de implosiones de revestimiento a través de un pellizco dinámico de tornillo" Cartas de revisión física . La investigación también se presentará en una conferencia invitada en la conferencia anual de la División de Física de Plasma de la American Physical Society en noviembre de 2020.
El estudio fue financiado por la National Science Foundation y el Departamento de Energía. Las opiniones, hallazgos y conclusiones o recomendaciones expresadas son de los autores y no reflejan necesariamente los puntos de vista de la National Science Foundation o el Departamento de Energía de los Estados Unidos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Michigan . Original escrito por Kate McAlpine. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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