Northern Lights Physik konnte in der Kernfusion helfen.

Die Aurora ist mehr als nur eine atemberaubende Darstellung von Licht. Es kann auch das Geheimnis eines magnetischen Phänomens im Zusammenhang mit der Kernfusion antreiben die Sonne halten. Dieses Geheimnis auch helfen könnte die Kernfusion im Labor zu schaffen, sagt ein Team von Forschern.

Kernfusion ist eine Reaktion, die die Kerne der zwei Atome zu einem vereint. Der Prozess treibt Sterne, aber immer eine selbsttragenden Fusionsreaktion gehen auf der Erde ist sehr schwierig, und Wissenschaftler bisher entzogen hat. Beispielsweise im Februar machte Forscher an Lawrence Livermore Laboratory in Kalifornien Schlagzeilen, als sie es geschafft, eine Fusionsreaktion anzuspornen, die sich weniger Kraftstoff als es produziert aß. Aber der Gesamtprozess der Auslösung der Reaktions hat mehr Energie als generiert wurde.

Ein Team von Forschern an der University of Michigan und Princeton University hofft nun, dass die Leistung des Fusionsexperimente verbessert werden kann, durch die Untersuchung der Dynamik von Magnetfeldern beobachtet während der Aurora. [Video: die Notwendigkeit der Fusionsenergie]

Schwer fassbare fusion

Um eine Fusionsreaktion auf der Erde auszulösen, muss einer den Treibstoff (in der Regel gleich Mischungen von Deuterium und Tritium, die beiden Isotope des Wasserstoffatoms sind) auf eine Temperatur und Dichte ähnlich wie das Herzstück eines Sterns komprimieren. Wenn der Wasserstoff als Kraftstoff lange genug unter diesen ganz bestimmten Bedingungen stattfindet, verwandelt sich überhitzten Gases in eine "Suppe" frei bewegen, geladenen Teilchen als Plasma bezeichnet. In diesem Zustand beginnt der Wasserstoff zu energetischen Helium verschmelzen. Das ist wie junge Sterne brennen, mit Wasserstoff durch die Sterne Schwerkraft verdichtet. Wie Fusionsanlagen größer geworden und das Plasma in ihnen heißer und mehr verdichtet wird, gibt es Hoffnung, eines Tages zu erreichen "Zündung" – der Punkt, an dem das Plasma sich ohne externen Eingang heizt.

Einem anderen galaktischer Prozess könnte Usher entlang der Quest für die erdgebundenen Fusion helfen. Wie die Sonne Plasma herum wirbelt, erzeugt die Substanz ein starkes Magnetfeld. Manchmal wird dieses Feld so stark betont, dass die Feldlinien zusammen gezwungen sind, an welcher Stelle die Sonne löst eine riesige Menge an Energie in den Weltraum, bekannt als eine Sonneneruption. Manchmal explodiert die Fackel direkt in Richtung Erde, einen Strom von hoch geladenen solaren Teilchen auf den Planeten.

Bei der solaren Teilchen Erde nähern, verzerren sie sein Magnetfeld, wodurch einige geladene Teilchen in der Atmosphäre an den Nord- und Südpol eintreten. Die Partikel im Umgang mit Gasen in der Erdatmosphäre beginnen dieser Gase zu leuchten. Im Norden bekannt dieses als Aurora Borealis oder das Nordlicht. Die Südlichter, gesehen in der südlichen Hemisphäre werden Aurora Australis genannt. [Galerie: Bilder von wunderschönen Polarlichter]

Wenn dieser Sonnenwind besonders stark ist, kann es Magnetfeldlinien des Planeten von der Erde trennen. Dann, nach dem Umzug etwa ein Drittel des Weges von der Erde zum Mond, diese Linien verbinden und wieder einrasten. Dabei umschlingen sie geladene solare Teilchen in Richtung der Erdatmosphäre, die Aurora auslösen. Dieser Bruch und Wiederherstellen von entgegengesetzt gerichtet, magnetischen Feldlinien nennt man magnetische Wiederverbindung. Wissenschaftler glauben übrigens auch, dass magnetische Wiederverbindung Befugnisse der solar flares selbst.

Mit der Aurora Borealis z. B. das Nordlicht in der Regel auftreten, in der Nähe von North Pole, aber die mehr das Magnetfeld Linien trennen und zurückschnellen, weiter südlich die Lichter können angezeigt werden.

Magnetischen Rückverbindung geschieht jedoch auch in viel kleinerem Maßstab im Bereich der Kernfusion im Labor. Und dabei ist, die Kernfusion Energie-effiziente beitragen könnte, Forscher berichteten am 14. März in der Zeitschrift Physical Review Letters.

Komprimieren von pellets

Um Fusion auf der Erde auszulösen, komprimieren Wissenschaftler ein Pellet von Wasserstoffisotopen mit Hilfe von leistungsstarken Lasern, bis der Kraftstoff eine ähnliche Dichte und Temperatur wie die im Inneren eines Sterns erreicht.

Das Problem ist aber, die Regie, dass ein Laser auf einen Brennstoff Pellet ist nicht komprimieren es gleichmäßig überhaupt; Stattdessen wird das Pellet verformt.

"Es ist sehr schwierig, das Pellet gleichmäßig nach unten pressen. Es nur auf eine schöne, glatte Kugel komprimieren nicht", sagte Alexander Thomas von der University of Michigan, der Co-Autor auf dem neuen Papier ist. "Und wenn es glatt und gleichmäßig ist, dabei wird nicht die ausreichende Temperatur und Dichte zu den Kraftstoff vollständig zu verbrennen, und Sie am Ende viel mehr Laserenergie in als die Menge der Fusionsenergie bekommst du heraus setzen."

Um mit diesem Problem zu begegnen, setzen moderne Fusionsanlagen Pellet in einen Metall-Kanister. Die Laserstrahlen sollen erhitzen die Innenwände des Behälters, Auslösung einer intensiven Dusche von Röntgenstrahlen, die bedeutet wird, um das Pellet gleichmäßig erwärmen.

In der Theorie sollte dies den Kraftstoff in eine glatte, gleichmäßige Sphäre komprimieren. Aber es funktionierte nicht, sagte Thomas.

"Es geschieht für eine Vielzahl von Gründen, unter anderem weil der Laser auch sehr starken Magnetfelder erzeugen – rund 100 Tesla – auf der inneren Oberfläche des Behälters. Sie wirken wie eine Barriere, die die Hitze gleichmäßig, Ausbreitung zu stoppen", sagte Thomas. (Der Tesla ist eine Messung der magnetischen Feldstärke). "Es ist als ob jeder Laser produziert wurden ein"Spot"in der Kavität, machen die Endtemperatur Verteilung"fleckig"und das Pellet in ein Blob, keine schöne Kugel gepresst wird."

Pickel entfernen

Thomas und seine Kollegen schlagen jetzt vor, dass der Schlüssel zur Anwendung von Hitze gleichmäßig magnetischen Rückverbindung sein könnte.

"Rund um jeder Laser"spot"auf dem Behälter, gibt es selbst erzeugten, spontane Magnetfelder im Plasma, und unser Plan ist, diese Felder für Schnappschüsse und dann wieder anschließen, erhalten", sagte Thomas. [Verdreht Physik: 7 mind-blowing Ergebnisse]

Brechen und die magnetischen Felder wiederherstellen würde ändern Sie die Form des Plasmas und leiten den Fluss von Elektronen tragen die thermische Energie, Wärme gleichmäßiger zu verbreiten.

Die Wissenschaftler benutzt einen Computer, um den magnetischen Rückverbindung Prozess im Plasma an zwei benachbarten Laser-Hotspots zu simulieren.

Die Simulationen haben gezeigt, dass "die magnetischen Felder herum geschoben werden können, durch Ströme von Hitze und Wiederverbindung der Felder kann durch diese Ströme angetrieben werden" Will Fox, einer der Studie Forscher aus Princeton Plasma Physics Laboratory gesagt.

Im Moment wissen nicht die Forscher noch genau wie erstelle ich diese Wiederverbindung effizienteste, weil "Wir sind in einem frühen Stadium zu verstehen [Prozess]." Und die Studie war keine erschöpfende Beschreibung aller Variablen, nur eine erste Demonstration, dass dieser Prozess auftreten kann,"sagte Fox Live Science.

Scott Wilks, einen Plasmaphysiker wer war nicht an der Studie beteiligt und wer arbeitet am Lawrence Livermore National Laboratory, ruft die Ergebnisse wichtig.

"Je nachdem, wie überlappende Laserstrahlen an der Wand sind, wäre diese Theorie ein großartiger Ort zu starten, um beginnen, erklären diese Magnetfelder beobachtet. In der Regel denken Leute, dass Sie wollen die glattesten Laserstrahl Verteilung über die gesamte Wand für die beste Symmetrie. Viele Male, gibt es einfach nicht genügend Laserstrahlen, dies zu tun. Dieses Papier impliziert, dass es möglicherweise alternative Laser Beam Konfigurationen um dies zu erreichen durch die Ausnutzung der magnetischen Rückverbindung,"sagte Wilks Leben Wissenschaft.

Es mehrere Einschränkungen im Zusammenhang mit der aktuellen Simulationen, aber, fügte er hinzu. Dazu gehören die kleinen Systemgröße, die Modellierung von Zeiten kürzer als das eigentliche Experiment und die Unfähigkeit der Partikel in allen drei Dimensionen im Feld Simulation bewegen.

"Jedoch zukünftige Computer mit mehr Arbeitsspeicher und schnellere Geschwindigkeiten könnten die Forscher untersuchen, ob dieser Effekt eine wichtige Rolle im aktuellen Fusion-bezogene Tests spielt berechnen" Wilks sagte.

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