Wawasan baru dapat memajukan energi fusi – Sains Terkini

Ilmuwan di Laboratorium Fisika Plasma Princeton (PPPL) dari Departemen Energi (DOE) AS telah meningkatkan pemahaman tentang penghalang yang dapat mencegah fasilitas fusi berbentuk donat yang dikenal sebagai tokamak beroperasi dengan efisiensi tinggi dengan menyebabkan panas yang sangat penting hilang dari mereka.

Dipimpin oleh fisikawan PPPL Roscoe White, tim peneliti menggunakan komputer untuk mensimulasikan jenis gerakan plasma yang dapat menumbuk partikel yang sangat energetik dari inti ke tepi, sebuah fenomena yang dapat terjadi di ITER, tokamak multinasional yang sedang dibangun di Prancis untuk menunjukkan kelayakan fusi sebagai sumber energi.


"Agar perangkat fusi bekerja, Anda perlu memastikan bahwa partikel yang sangat energetik di dalamnya terkurung dengan sangat baik di dalam inti plasma," kata fisikawan PPPL, Vinícius Duarte, anggota tim peneliti yang melaporkan hasilnya di Fisika plasma. "Jika partikel-partikel itu melayang ke tepi plasma, Anda tidak dapat mempertahankan kondisi pembakaran plasma yang diperlukan untuk membuat listrik bertenaga fusi menjadi kenyataan."

Duarte mengacu pada fenomena yang disebut "kicau" yang terjadi ketika frekuensi gelombang plasma yang berinteraksi dengan partikel yang sangat energik berubah tiba-tiba, yang pada akhirnya menyebabkan energi keluar dari inti plasma dan menghasilkan nada yang berubah dengan cepat. Temuan baru, yang menjelaskan aspek-aspek tentang bagaimana kicau terbentuk di tokamak, dapat membantu para peneliti mencari cara untuk menggagalkan kicauan dan menjaga dalam panas yang vital. Mencegah perubahan frekuensi yang tiba-tiba juga dapat melindungi dinding tokamak dari pelepasan energi yang terkonsentrasi dan merusak secara tiba-tiba.

Fusion menggabungkan unsur-unsur ringan dalam bentuk plasma – panas, materi yang bermuatan terdiri dari elektron bebas dan inti atom – dan menghasilkan sejumlah besar energi di bintang-bintang. Para ilmuwan bertujuan untuk mereplikasi fusi dalam perangkat di Bumi untuk pasokan daya aman dan bersih yang hampir tidak pernah habis untuk menghasilkan listrik.

Para peneliti menggunakan simulasi komputer yang menunjukkan pandangan yang sangat rinci tentang pergerakan konglomerasi partikel plasma untuk mengungkapkan beberapa mekanisme yang bertanggung jawab untuk berkicau, memberi harapan bahwa para ilmuwan dapat menemukan cara untuk memperbaiki efeknya. Para ilmuwan menggunakan kode PPPL ORBIT untuk menghitung bagaimana posisi dan kecepatan partikel plasma berubah seiring waktu dalam tiga dimensi. Simulasi menunjukkan bahwa kicau dimulai ketika partikel yang bergerak cepat di inti berinteraksi dengan gelombang bergelombang melalui plasma dan secara spontan membentuk rumpun yang bermigrasi ke tepi plasma. Temuan ini mengkonfirmasi hasil sebelumnya berdasarkan konfigurasi tokamak yang disederhanakan; mereka juga mengungkapkan dinamika yang lebih kaya dan lebih kompleks yang tidak terlihat sebelumnya.

Interaksi dengan partikel plasma ini menyebabkan frekuensi gelombang Alfvena plasma naik dan turun secara serentak, melontarkan rumpun ke arah tepi plasma dan kadang-kadang ke dinding. "Alat-alat yang dikembangkan dalam penelitian ini telah memungkinkan sekilas ke dinamika rumit dari kicauan di tokamak," kata Duarte.

Para ilmuwan harus membuat alat virtual baru untuk mengamati pergerakan gelombang simulasi dengan detail yang diperlukan. "Yang paling sulit adalah menemukan diagnosa yang akan menunjukkan apa yang sedang terjadi," kata White. "Dalam arti tertentu, ini seperti membangun mikroskop yang akan membuat Anda melihat apa yang perlu Anda lihat."


Temuan baru ini melanjutkan upaya yang telah lama dilakukan oleh anggota Departemen Teori PPPL yang berfokus pada pemahaman kicau, terutama di dalam Percobaan-Peningkatan Spherical Tokamak Nasional (NSTX-U) PPPL. "Jika Anda memahaminya," kata White, "Anda dapat menemukan cara untuk mengoperasikan fasilitas fusi tanpa itu."

Referensi:

Material disediakan oleh Laboratorium Fisika Plasma DOE / Princeton. Asli ditulis oleh Raphael Rosen. Catatan: Konten dapat diedit untuk gaya dan panjangnya.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.