Soğutma ile ısıtma

Soğutma ile ısıtma

Sosyal medyada Paylaş

Soğutma ile ısıtma

Ödüllü tezi için Pablo Rodriguez-Fernandez, MIT’nin Alcator C-Mod tokamakındaki verileri inceledi (geçmiş). Kredi: Paul Rivenberg / PSFC

Manyetik füzyon araştırması alanında korunacak gizemler var. Türbülanslı plazma yakıtını donut şeklindeki bir vakum odasında nasıl sınırlandırabilir, füzyonun gerçekleşmesi için yeterince sıcak ve yoğun hale getirebilir, onlarca yıldır sorular ve cevaplar üretmiştir.

Nükleer Bilimler ve Mühendislik Bölümü Profesörü Anne White yönetiminde yüksek lisans öğrencisi olarak Profesör Anne White, Pablo Rodriguez-Fernandez Ph.D. ’19, 20 yıldır çözümsüz kaldığı bir füzyon araştırması gizemi ilgisini çekti. Yeni gözlemleri ve sonraki modellemesi, onu Del Favero Ödülü’nü kazanarak cevabın sağlanmasına yardımcı oldu.

Tezinin odak noktası plazma türbülansı ve sıcak çekirdekten bir tokamakta sıcak çekirdekten plazmanın kenarına nasıl taşındığıdır. 20 yıl boyunca yapılan deneyler, bazı durumlarda plazmanın kenarının soğutulmasının çekirdeğin ısınmasına neden olduğunu göstermiştir.

“Plazmanın kenarını safsızlıklar enjekte ederek soğutduğunuzda, her standart teori ve sezginin size söyleyeceği şey, soğuk nabzın yayıldığı, sonunda çekirdek sıcaklığın da düşeceği. Ama gözlediğimiz şey, belli ki kenarın sıcaklığını düşürdüğümüzde koşullar, çekirdek ısınır. Soğutma yoluyla ısınmaya başlar. ”

Karşı sezgisel gözlem, plazma davranışı için mevcut herhangi bir teori tarafından desteklenmedi.

Rodriquez-Fernandez, “Teorimizin deneylerde bu kadar sık ​​olan bir şeyi açıklayamaması, bu modelleri sorgulamamızı sağlıyor,” diyor. “Gelecekteki füzyon cihazlarında ne olacağını tahmin etmeleri için onlara güvenmeli miyiz?”

Bu modeller, artık işlem yapılmayan Plazma Bilimi ve Füzyon Merkezi’nin Alcator C-Mod tokamakındaki performansı öngörmenin temelidir. Halen Fransa’da inşa edilen yeni nesil makine olan ITER ve SPARC, PSFC’nin Commonwealth Fusion Systems ile takip ettiği tokamak olarak kullanılıyor.

Gizemi çözmek için, Rodriguez-Fernandez, kenar soğutma deneyleri simülasyonları yürütmesine izin verecek karmaşık kodlamayı öğrendi. Bununla birlikte, ilk simülasyonlarındaki kenarı manuel olarak soğutduğunda, modelleri gerçek deneylerde gözlemlenen çekirdek ısıtmayı üretemedi.

Alcator C-Mod deneylerinden elde edilen verileri dikkatlice inceleyen Rodriguez-Fernandez, plazmayı bozmak için enjekte edilen safsızlıkların sadece sıcaklığı değil, yoğunluğu da içeren her parametrenin de olduğunu fark etti.

“Yoğunluğu bozuyoruz çünkü plazmaya daha fazla parçacık ekliyoruz. Alcator C-Mod verilerine bakıyordum ve bu çarpmaların çoğunu sürekli olarak görüyordum. İnsanlar onları sonsuza dek göz ardı ediyorlardı.”

Simülasyonuna dahil edecek yeni yoğunluk pertürbasyonları ile, dünya çapında pek çok deneyde gözlemlenen çekirdek ısıtmayı yirmi yıldan fazla bir süre boyunca simüle edebildi. Bu bulgular bir makalenin temeli oldu. Fiziksel İnceleme Mektupları (PRL).

Tezini güçlendirmek için Rodriguez-Fernandez, San Diego, California’daki DIII-D’de çok farklı bir tokamaktaki kenar soğutmaya cevabını tahmin etmek için aynı modeli kullanmak istedi. O zamanlar bu tokamak böyle bir deneyi gerçekleştirme yeteneğine sahip değildi, ancak Research Scientist Nathan Howard liderliğindeki MIT ekibi, makineye yabancı maddeleri ve soğuk atımları enjekte etmek için yeni bir lazer ablasyon sistemi kurdu. DIII-D üzerinde yapılan sonraki deneyler, tahminlerin doğru olduğunu göstermiştir.

Rodriguez-Fernandez, “Bu, gizeme verdiğim yanıtın ve öngörücü simülasyonlarımın doğru olmasının daha fazla destek verdiğini” söyledi. “Çekirdek ısıtmayı bir simülasyonda ve bir tokamakta birden fazla soğutucuyla kenar soğutma yoluyla yeniden üretebilmemiz gerçeği, olgunun arkasındaki fiziği anlayabileceğimiz anlamına geliyor. Ve daha önemlisi, bize sahip olduğumuz modellerin güvenini veriyor. C-Mod ve SPARC yanlış değil. ”

Rodriquez-Fernandez, PSFC’de mükemmel bir işbirliği ortamının yanı sıra güçlü bir dış işbirliği ağına dikkat çekiyor. Ortakları arasında, simülasyonları için kullanılan Trapped Gyro-Landau Fluid taşıma modelini yazan DIII-D’ye ev sahipliği yapan General Atomics’ten Gary Staebler; TRANSP adında bir modelleme aracında uzman olan Princeton Plazma Fiziği Laboratuvarı araştırmacıları Brian Grierson ve Xingqiu Yuan, çalışmaları için paha biçilemezdi; ve ASDEX Yükseltme tokamakındaki deneyleri PRL makalesinden elde edilen bulguları destekleyen, Almanya Garching’deki Max-Planck Plazma Fiziği Enstitüsü’ndeki Clemente Angioni.

Şimdi PSFC’de bir doktora sonrası olarak, Rodriguez-Fernandez zamanının yarısını SPARC’a, yarısını da DIII-D ve ASDEX Upgrade’e ayırıyor. Bütün bu projelerle doktora programlarından simülasyonları kullanıyor. Tokamak performansını öngörme ve optimize etme teknikleri geliştirme tezi.

Postdoc, tezinin zamanlamasının, SPARC projesinin hız kazandığı gibi daha iyi olamayacağını itiraf ediyor. Cihazı tasarlayan ve fizik temelinde çalışan takıma hızla katıldı.

Rodriguez Fernandez’in Del Favero Tez Ödülü’nü alacağı 5 Aralık töreninin bir parçası olarak, tez araştırmalarının SPARC performansını öngörme konusundaki mevcut çalışmasıyla nasıl bağlantılı olduğunu tartışacak. 2014 yılında, James Del Favero SM ’84 mezunundan cömert bir hediye ile kurulan ödül her yıl doktora derecesine verilir. Nükleer bilimler ve mühendislik alanındaki tezlerini en yenilikçi ilerlemiş olduğu düşünülen NSE’den mezun oldu.

“Çok heyecan verici” diyor. “SPARC projesi beni gerçekten tahrik ediyor. Burada ve füzyon için bir gelecek görüyorum.”


Füzyon plazmasındaki sinir bozucu dalgaları kontrol etmek için yeni bir teğet alınması


Kaynak

admin

Talebemektebi bir sevdanın hikayesi

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir