Wissenschaftler haben einen neuen Weg zur Klassifizierung von magnetisiertem Plasma entdeckt, der zu Fortschritten bei der kontrollierten thermonuklearen Fusion führen könnte. Eine Entdeckung theoretischer Physiker des Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) zeigte, dass magnetisiertes Plasma 10 einzigartige Phasen hat und die Übergänge zwischen ihnen für die praktische Entwicklung von großer Bedeutung sein können.
Die Forscher fanden heraus, dass räumliche Grenzen oder Übergänge zwischen verschiedenen Phasen lokalisierte Wellenanregungen unterstützen.
"Diese Entdeckungen könnten zu möglichen Anwendungen exotischer Anregungen in Weltraum- und Laborplasmen führen", sagte Icheng Fu, Hauptautor eines Artikels in Nature Communications, der die Studie beschreibt. „Der nächste Schritt besteht darin, herauszufinden, was diese Reize bewirken und wie sie genutzt werden können.“
Mögliche Anwendungen:
Mögliche Anwendungen sind die Verwendung von Anregungen zur Stromerzeugung in einem magnetischen Fusionsplasma oder die Erleichterung der Plasmarotation in Fusionsexperimenten.
"Unser Artikel befasst sich jedoch nicht mit praktischen Anwendungen", sagte der Physiker Hong Qin, ein Mitautor des Artikels. "Das Dokument ist die grundlegende Theorie, und die Technologie wird dem theoretischen Verständnis folgen."
Tatsächlich „markiert die Entdeckung von 10 Phasen im Plasma einen großen Fortschritt in der Plasmaphysik“, sagte Qin. „Der erste und wichtigste Schritt jeder wissenschaftlichen Arbeit ist die Klassifizierung der untersuchten Objekte. Jedes neue Klassifikationsschema wird zu einer Verbesserung unseres theoretischen Verständnisses und der anschließenden Entwicklung der Technologie führen.
Als Beispiel für die Rolle der Klassifikation für den wissenschaftlichen Fortschritt nennt Hong Qin die Entdeckung der wichtigsten Diabetes-Typen. „Bei der Entwicklung von Therapien für Diabetes haben Wissenschaftler herausgefunden, dass es drei Haupttypen gibt“, sagte er. "Ärzte können jetzt Menschen mit Diabetes effektiv behandeln."
Die thermonukleare Fusion, die Wissenschaftler weltweit auf der Erde anstreben, verbindet leichte Elemente in Form von Plasma – einem heißen, geladenen Materiezustand aus freien Elektronen und Atomkernen, die 99 Prozent des sichtbaren Universums ausmachen - um enorme Mengen an Energie freizusetzen. Fusion kann als sichere und saubere Energiequelle dienen, um unbegrenzte Strommengen zu erzeugen.
Die von PPPL-Wissenschaftlern entdeckten Plasmaphasen werden technisch als "topologische Phasen" bezeichnet, was die vom Plasma unterstützten Wellenformen anzeigt. Diese einzigartige Eigenschaft der Materie wurde erstmals in den 1970er Jahren in der Physik der kondensierten Materie entdeckt – eine Entdeckung, für die der Physiker Duncan Haldane von der Princeton University 2016 den Nobelpreis erhielt.
Zuverlässig und originell:
Lokalisierte Plasmawellen, die durch Phasenübergänge erzeugt werden, sind stabil und intrinsisch, weil sie "topologisch geschützt" sind, sagen die Wissenschaftler. „Die Entdeckung, dass diese topologisch geschützte Anregung im magnetisierten Plasma existiert, ist ein großer Fortschritt und kann in der Praxis genutzt werden.“
Der wichtigste Fortschritt in diesem Artikel ist die Betrachtung des Plasmas anhand seiner topologischen Eigenschaften und die Bestimmung seiner topologischen Phasen. Anhand dieser Phasen ermitteln die Wissenschaftler die notwendige und hinreichende Bedingung für die Anregung lokalisierter Wellen.
„Wie dieser Fortschritt genutzt werden kann, um die Fusionsenergieforschung zu erleichtern, müssen wir herausfinden“, so die Forscher.
Ein Artikel über die Entdeckung wurde in Nature Communications veröffentlicht.
2021-07-20 19:32:21
Autor: Vitalii Babkin