حل لغز المجال المغناطيسي لبلازما الاندماج النووي للتنبؤ بفقد حرارة المفاعل
يتطلب تصميم مفاعلات الاندماج النووي التي يمكن التنبؤ بها نماذج حاسوبية دقيقة للغاية، إلا أن عمليات المحاكاة الحالية غالبًا ما تتجاهل متغيرًا فوضويًا: المجالات المغناطيسية التلقائية. وقد حسمت دراسة أجراها باحثون في مختبر فيزياء البلازما في برينستون الجدل الدائر حول كيفية تشكل هذه المجالات في البلازما المتوسعة. لقد أعطت المهندسين أداة رياضية جديدة لتحسين تصاميم المفاعلات المستقبلية. وقال الباحثون: “هذا يحسن فهمنا للبلازما الموجودة بشكل طبيعي في عالمنا ويعزز تطوير أنظمة الاندماج على أساس نهج يسمى الاندماج بالقصور الذاتي المباشر”. يركز البحث على الاندماج بالقصور الذاتي ذو الدفع المباشر، وهو نهج حيث تقوم أشعة الليزر القوية والموحدة بضغط كبسولة وقود لإشعال التفاعل. عندما تضرب أجهزة الليزر الهدف، فإنها تقوم على الفور بتبخير المادة الصلبة إلى بلازما فائقة السخونة وسريعة التوسع. وقد كشفت الاختبارات المعملية السابقة في كثير من الأحيان عن هياكل مغناطيسية مكثفة تنبثق من هذا التوسع، لكن العلماء لم يتمكنوا من تحديد أصلها. ولأن هذه الحقول غير الموثقة تغير كيفية انتقال الحرارة عبر البلازما، فإنها يمكن أن تجعل أنظمة الاندماج تتصرف بشكل غير متوقع. تحديد عتبة محددة لكثافة الليزر من خلال محاكاة ضرب الليزر لهدف من الألومنيوم، حدد الباحثون في مختبر فيزياء البلازما في برينستون (PPPL) عتبة محددة لكثافة الليزر التي تملي هذا السلوك. وأضاف البيان الصحفي: “أقل من عتبة الشدة هذه، تظل البلازما غير ممغنطة إلى حد كبير”. ومع ذلك، بمجرد أن تعبر شدة الليزر هذا الخط المحدد، فإن البلازما تنجذب ذاتيًا خلال جزء من المليار من الثانية. ويخلق هذا التحول السريع مجالًا مغناطيسيًا بقوة 40 تسلا، وهي قوة أقوى بحوالي مليون مرة من المجال المغناطيسي للأرض. وفقًا للمؤلف الرئيسي كيريل ليزنين، فإن الفكرة الفريدة للدراسة هي أن محركات الليزر الموحدة لا يمكنها منع هذه المجالات؛ إن مجرد توسع البلازما يكفي لتوليدها. يتم تحفيز المغنطة الذاتية بواسطة لعبة شد الحبل الحراري. ومع توسع البلازما، فإنها تبرد بسرعة على طول مسارها الاتجاهي ولكنها تظل أكثر دفئًا على طول محاورها المتعامدة. هذا التفاوت في درجات الحرارة يؤدي إلى ظاهرة تعرف باسم عدم استقرار فايبل، والتي تولد المجالات المغناطيسية. في الوقت نفسه، تحاول اصطدامات الجسيمات الداخلية إجبار البلازما على العودة إلى حالة درجة الحرارة المتوازنة. عندما يكون الليزر قويًا بدرجة كافية، يفوز اختلال توازن درجة الحرارة، مما يسمح لعدم استقرار فايبل بالسيطرة. التأثير على تجارب تدفق الحرارة والاندماج الحالي: “بمجرد ظهور المجالات المغناطيسية، فإنها تغير بشكل أساسي تطور البلازما: حيث تحبس الحقول الإلكترونات في مدارات دوارة”، كما أوضح فريق البحث. يمنع هذا الحبس الحرارة من الهروب من المنطقة التي ضرب فيها الليزر الهدف. وأشار الفريق إلى أن “عمليات المحاكاة أظهرت أن التأثيرات المغناطيسية كبيرة بما يكفي للتأثير على السلوك العام ودرجة حرارة البلازما”. ولجعل هذه الأفكار قابلة للتنفيذ على الفور، قام فريق PPPL بتطوير صيغة أساسية للتنبؤ بمغنطة البلازما بناءً على ليزر محدد ومتغيرات مستهدفة. وأشار ليجنين إلى أن العتبة منخفضة بشكل مدهش، وتقع ضمن الكثافة التشغيلية لتجارب الاندماج بالقصور الذاتي القياسية. ويعني هذا التداخل أن التأثيرات المغناطيسية المعينة حديثًا تؤثر بشكل فعال على أبحاث الاندماج الحالية. واختتم ليزنين قائلاً: “إنها تقع بالقرب من الكثافة النموذجية لتجارب الاندماج بالقصور الذاتي الشائعة، مما يجعل تأثيرات المجال المغناطيسي هذه وثيقة الصلة بهذا البحث”.
تم النشر: 2026-06-06 12:58:00
