Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Phát hành đề xuất giải thích cho sự thất bại trong việc tập trung các chùm ion bắn gia tốc.
Các chùm ion năng lượng cao – các chùm hạt nguyên tử giống như tia laser được bắn qua máy gia tốc – có các ứng dụng từ phản ứng tổng hợp quán tính đến việc tạo ra các trạng thái vật chất cực nóng được cho là tồn tại trong lõi của các hành tinh khổng lồ như Sao Mộc và mà các nhà nghiên cứu đang mong muốn nghiên cứu. Các chùm ion tích điện dương này phải được trung hòa bởi các electron tích điện âm để giữ cho chúng tập trung mạnh. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy nhiều trở ngại cho quá trình trung hòa.
Điều nổi bật
Tại Phòng thí nghiệm Vật lý Plasma Princeton (PPE) của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE), các nhà khoa học đã phát hiện ra một trở ngại mới đáng ngạc nhiên làm giảm sự trung hòa của các xung chùm ion. Các phát hiện, được báo cáo trong Vật lý của Plasmas và được quảng bá như là một Điều nổi bật, cung cấp cái nhìn sâu sắc mới về nguồn gốc của vấn đề và chỉ ra cách ngăn chặn nó.
Phát hiện này đưa ra lời giải thích cho tỷ lệ trung hòa kém được quan sát lần đầu tiên trong các thí nghiệm tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley vào năm 2002. Vấn đề vẫn chưa được giải thích trước khi phát triển các mã có khả năng mô phỏng các quá trình liên quan.
Nhà vật lý Chaohui Lan, một nhà khoa học đến từ Học viện Vật lý Kỹ thuật Trung Quốc, đã phát hiện ra nguyên nhân trong khi thực hiện mô phỏng máy tính của động lực điện tử với nhà vật lý PPPL, ông Igor Kaganovich, phó trưởng phòng Lý thuyết và Tính toán PPPL. Nghiên cứu của họ về máy tính của Đại học Princeton đã khám phá việc phun các electron từ dây tóc mỏng vào xung chùm để trung hòa nó để tập trung và vận chuyển hiệu quả. Kết quả cho thấy quá trình giảm quá trình trung hòa khi so sánh với việc truyền chùm tia qua plasma – trạng thái tích điện của vật chất gồm các ion và electron tự do.
Đảo tính phí
“Trong những mô phỏng này, tôi đã tìm thấy điều gì đó bất thường”, Lan, tác giả chính của bài báo Vật lý Plasmas mà Kaganovich đồng tác giả. “Tôi gọi chúng là ‘các đảo tích điện’ không thể bị vô hiệu hóa thêm bởi các electron được tiêm.”
Điều Lan đã vấp phải là sự hình thành “sóng đơn độc tĩnh điện” (ESW), một loại sóng kích thích điện tử ổn định mà các nghiên cứu trước đây về trung hòa đã không báo cáo. Các sóng như vậy có thể đạt chiều dài vài cm và di chuyển qua lại từ các cạnh của xung chùm ion, ảnh hưởng đến chuyển động của electron và làm giảm sự trung hòa. Các sóng tương tác yếu với nhau và trong một số trường hợp làm gián đoạn và truyền năng lượng cho các electron, khiến chúng thoát khỏi chùm tia và làm giảm hơn nữa sự trung hòa.
Để giảm thiểu vấn đề, những phát hiện mới đề nghị mở rộng dây tóc bơm các electron vào chùm tia để cải thiện tốc độ trung hòa. “Điều đó mở rộng sự phân bố của các điện tử,” Kaganovich nói, “và làm giảm sự kích thích của sóng.” Hơn nữa, ông nói thêm, mô hình được phát triển tại PPPL sẽ giúp các nhà nghiên cứu nghiên cứu và hiểu các cơ chế đằng sau sự kích thích của các sóng này để hỗ trợ kiểm soát chúng.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Phòng thí nghiệm Vật lý Plasma DOE / Princeton . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :