Шаг к термоядерной энергии: Открыты 10 неизвестных фаз плазмы
Новый способ классификации замагниченной плазмы привел к открытию 10 ранее неизвестных топологических фаз плазмы.
Изучение этих фаз и, в частности, переходов между ними, может помочь физикам в области плазмы создать термоядерный синтез плазмы. Это потому, что переходы между ними поддерживают краевые моды или волны на пересечении поверхностей плазмы.
"Эти открытия могут привести к возможным применениям этих экзотических возбуждений в космической и лабораторной плазме", - сказал физик Ичен Фу из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL). "Следующий шаг - изучить, что могут делать эти возбуждения и как их можно использовать".
Недавние исследования начали рассматривать плазму топологически, то есть изучать формы волн внутри нее.
Однако топологические фазы в холодной замагниченной плазме и переходы между ними до конца не изучены. Это важно, потому что может помочь нам понять, как плазма взаимодействует сама с собой.
Фу и его коллега, физик из PPPL Хун Цинь, стремились математически описать топологические фазы холодной плазмы в однородном магнитном поле. Они обнаружили 10 различных новых фаз, разделенных краевыми модами - границей между двумя топологически разными областями внутри плазмы. Численные исследования подтвердили выводы пары.
"Открытие 10 фаз в плазме знаменует собой главное развитие физики плазмы", - сказал Цинь. "Первым и самым важным шагом в любом научном начинании является классификация исследуемых объектов. Любая новая схема классификации приведет к улучшению нашего теоретического понимания и последующему развитию технологий".
В статье не говорится о том, какими могут быть эти достижения, но есть некоторые интересные возможности. Плазму часто называют четвертым состоянием материи, газом, в котором электроны отделены от находящихся в нем атомов, образуя ионизированный материал.
Его много в космосе - фактически, это состояние вещества звезд, которое является ключом к потенциальной плазменной технологии.
Глубоко в своих плазменных ядрах звезды соединяют ядра, образуя более тяжелые элементы, и этот процесс генерирует огромное количество энергии. Ученые работают над синтезом плазмы здесь, на Земле, как формой производства энергии, которая будет чистой и практически безграничной.
Как вы понимаете, это чрезвычайно сложно. Нам нужно иметь возможность поддерживать стабильную плазму при температурах выше Солнца в течение достаточно длительного времени, чтобы генерировать и извлекать энергию. Есть много препятствий, и поэтому мы довольно далеки от этой цели, но лучшее понимание плазмы может только приблизить нас.
Это исследование представляет собой шаг в этом направлении. "Самый важный прогресс в работе - это изучение плазмы на основе ее топологических свойств и определение ее топологических фаз", - сказал Фу.
"Основываясь на этих фазах, мы определяем необходимые и достаточные условия для возбуждения этих локализованных волн. Что касается того, как этот прогресс может быть применен для облегчения исследований термоядерной энергии, мы должны выяснить".