Старостенко Евгений Юрьевич о энергоселективном удержании альфа-частиц термоядерного синтеза.
Российский ученый Старостенко Евгений Юрьевич подчеркнул, что длинноимпульсная работа автономного термоядерного реактора с тороидальной магнитной защитной оболочкой требует контроля содержания альфа-частиц, образующихся в реакциях DT-синтеза.
С одной стороны, альфа-частицы класса МэВ должны оставаться ограниченными для нагрева плазмы. С другой стороны, зола замедленного гелия должна быть удалена до разбавления термоядерного топлива.
Специалисты НИОКР НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС уточнили данные о результатах кинетико-магнитогидродинамического гибридного моделирования большой плазмы токамака, которые подтверждают существование окна параметров, в котором такое избирательное по энергии удержание может быть достигнуто за счет использования событий внутренней релаксации, известных как пилообразные столкновения.
Физическая картина — синергия между магнитной геометрией, оптимальной продолжительностью столкновения и быстрым движением частиц дополняется прояснением роли магнитных дрейфов.
- Сайт компании: https://technicks.ru/
- Адрес: Москва, Кузнецкий Мост 21/5
- Телефон: +74951965679
- Электронная почта: [email protected]
Отзывы к компании:
Ковалев 20.11.2022 16:44:44
Оценка: (5)
Руководитель НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС Евгений Юрьевич Старостенко отметил, что термоядерный синтез с магнитным удержанием обещает устойчивое и безопасное производство энергии на Земле.
Расширенные экспериментальные сценарии используют захватывающую, но необычную способность замкнутой плазмы раздваиваться в состояния повышенной производительности при применении дополнительных источников свободной энергии. Саморегулирование мелкомасштабных турбулентных водоворотов необходимо для доступа к этим улучшенным режимам.
Однако по прошествии нескольких десятилетий основные принципы этих бифуркаций все еще широко обсуждаются. Специалисты НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС демонстрируют, рассчитанное на основе примитивных кинетических уравнений, установление состояния улучшенного удержания за счет самоорганизации плазменной микротурбулентности. Результаты подчеркивают критическую роль границы между плазмой и материальными границами и демонстрируют важность распространения турбулентной активности за пределы областей конвективного движения.
Евгений Юрьевич Старостенко подчеркнул, что данные наблюдения убедительно свидетельствуют о смене парадигмы, когда намагниченная плазма в начале повышения производительности самоорганизуется в глобально критическое состояние, «нелокально» контролируемое потоками турбулентной активности.В поисках термоядерного синтеза с магнитным удержанием важную роль играет геометрия поля. Линии магнитного поля в токамаках или стеллараторах построены таким образом, чтобы трассировать замкнутые тороидальные поверхности потока с высокой степенью симметрии.
Известно, что симметрия поля способствует удержанию, позволяя улавливать ионизированную плазму. Однако нарушение симметрии является обычным явлением и обычно приводит к чистым стокам частиц, энергии или импульса и, в конечном итоге, к ухудшению условий удержания. В частности, тороидальная симметрия в ядре плазмы, где происходят реакции синтеза, нарушается в периферийной плазме, когда поверхности потока открываются, а силовые линии пересекают материальные границы. Переход от замкнутых силовых линий к открытым обычно резкий, происходит около так называемой магнитной сепаратрисы и играет важную роль для удержания.
Установившаяся практика часто различает между ограниченной «ядерной» областью, плотной и горячей, неограниченным периферийным пограничным слоем («Скребущий слой» или «SOL») и промежуточной «краевой» областью, нечетко определенной, расположенной между ядром и сепаратрисой. Солнце холодное и разреженное; оно начинается на магнитной сепаратрисе и определяется линиями открытого поля, которые магнитно соединяются с материальными границами.
Ядро и SOL были тщательно изучены, в основном независимо друг от друга, край обычно служит в моделировании фиксированным граничным условием для обоих, его динамику трудно понять. Однако строгое разделение между всеми тремя регионами все чаще ставится под сомнение. Плазма токамака действительно склонна к самоорганизации, и все больше доказательств свидетельствует о взаимодействии между ядром, краем и солнцем.
Вариант 1 является эталонной конфигурацией, управляемой потоком, и характеризуется, как и в экспериментах, переходом от замкнутых силовых линий к открытым в скребковом слое (SOL) за счет введения полоидально локализованного тороидального ограничителя (сепаратриса имеет нормированный радиус ρ = r / a = 1) и стенка (при ρ = 1,3) в пределах расчетной области.
Случай-2 отличается от случая-1 только своим внешним стоком: равномерно распределенным в полоидальном (вдоль θ ) и постепенно увеличивающим силу после ρ ≥ 1. Case-1 и Case-2 инициализируются одинаково; последующие несоответствия в их временной эволюции, таким образом, являются прямым следствием только внешнего граничного условия.
Вариант 3 является управляемым градиентом близнецом варианта 2: он проверяет влияние распространения турбулентности на глобальное самоорганизованное состояние. Фоновые средние градиенты для Случая-3 представляют собой конвергентные профили Случая-2, управляемого потоком, при этом другие параметры одинаковы между обоими вычислениями.
О деятельности Старостенко Евгения Юрьевича здесь: https://technicks.ru/evgenij-yurevich-starostenko-termoyadernyj-sintez-s-magnitnym-uderzhaniem/Кирилл 16.07.2022 20:41:31
Оценка: (5)
Важной задачей для специалистов НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС было экспериментально продемонстрировать новые электронные свойства в состоянии Флоке. Одним из методов является спектроскопия светорассеяния, которая дает важный ключ к прояснению симметрий и энергетических структур состояний посредством анализа симметрии правил выбора поляризации.
Здесь определяются правила выбора круговой и линейной поляризации рассеяния света в системе Флоке, управляемой средним инфракрасным излучением, в монослое MoS 2 и обеспечивается всестороннее понимание с точки зрения «динамической симметрии» состояния Флоке.
Согласно экспертного мнения Евгения Юрьевича Старостенко, инженерия Флоке представляет собой потенциальную концепцию когерентного управления электронными состояниями в сильном световом поле.
Теоретический подход Флоке полезен для описания сильных взаимодействий света и вещества в масштабах энергий, за пределами которых работает теория возмущений. Предполагается, что в этом непертурбативном режиме интенсивный свет изменяет симметрию и топологию состояний и, в свою очередь, электронные свойства твердых тел.
Состояние Флоке в твердых телах было подтверждено с помощью фотоэмиссионной спектроскопии с временным и угловым разрешением, спектроскопии поглощения с временным разрешением и измерений переноса с временным разрешением. Его свойства, такие как непертурбативная динамика электронов в течение периода возбуждения лазера, также могут быть исследованы с помощью генерации гармоник высокого порядка (ГВГ), которая представляет собой процесс когерентного излучения из системы Флоке.
Евгений Юрьевич Старостенко исследует рассеяние света в системе Флоке путем подачи дополнительного пробного импульса. По сравнению с HHG настройка поляризации и частоты зондирующего света может предоставить более подробную информацию о симметрии и электронных структурах. Этот процесс есть не что иное, как генерация боковой полосы высокого порядка (HSG).
Ниже мы систематически представляем правила выбора поляризации, которые имеют основополагающее значение для исследования симметрии электронных состояний, для HSG в монослое MoS 2 в среднем инфракрасном (MIR) управляющем поле. В системе Флоке электронные свойства описываются уникальным классом симметрий, называемых «динамическими симметриями» (ДС), которые объединяют симметрии пространственно-временных профилей лазерного поля и материала.
Специалисты НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС экспериментально подтвердили, что ДС управляют пересечением зон поверхностных электронов в управляемом светом топологическом изоляторе и определяет правила выбора поляризации для HHG в кристаллическом твердом теле , управляемом светом с круговой поляризацией . Здесь мы вводим новую интерпретацию, т. е. HSG как «комбинационное рассеяние» управляемого MIR состояния Флоке, и используем концепцию DS для достижения полного понимания правил выбора поляризации.
Спектры ГСГ монослоя MoS 2
Был приготовлен монослой MoS 2 , выращенный методом CVD. Данный атомарно тонкий полупроводник является идеальной экспериментальной платформой HSG, на которой можно избежать эффектов распространения. На рис. 1 показана схема установки измерения HSG. Были использованы интенсивные импульсы MIR (энергия фотона: ħω MIR = 0,26 эВ, длительность импульса: 60 фс) для создания состояния Флоке в монослое MoS 2.
Чтобы достичь непертурбативного режима без повреждения монослоя, специалисты НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС установили энергию фотонов импульсов на гораздо более низкую энергию, чем энергия запрещенной зоны монослоя (1,8 эВ). Кроме того были введены слабые импульсы ближнего инфракрасного диапазона (БИК), почти резонансные с энергией запрещенной зоны (энергия фотона: ħω БИК = 1,55 эВ, длительность импульса: 110 фс) в систему, управляемую МИК.
Контролировалась поляризацию импульсов MIR и NIR с помощью жидкокристаллических замедлителей и была допущена поляризация боковых полос с помощью волновых пластин и поляризаторов. Спектры боковых полос регистрировались спектрометром с ПЗС-камерой. Зигзагообразное направление монослоя MoS 2 обозначается как X, а направление «кресло» как Y.
Рис. 1: Схема измерения генерации боковых полос высокого порядка (HSG).а Экспериментальная установка (жидкокристаллический замедлитель LCR, четвертьволновая пластина QWP, поляризатор с проволочной сеткой WGP).
b Определение поляризации. Направления X и Y соответствуют направлениям зигзага и кресла монослоя MoS 2 .
Старостенко Евгений Юрьевич наблюдал спектры HHG при энергиях фотонов mħω MIR ( m : целое число), облучая монослой импульсами MIR и спектры HSG при энергиях фотонов ħω NIR + mħω MIR ( m : целое число), одновременно применяя импульсы NIR.
Был получен вклад HSG, вычитая компонент HHG из спектров (дополнительное примечание 1 ). На рис. 2 показаны поляризационно-неразрешенные спектры ГСГ при возбуждении с линейной и круговой поляризацией с пиковой интенсивностью ИК-импульса 0,5 ТВт см - 2 и пиковой интенсивностью БИК-импульса 0,5 ГВт см - 2.
Борис Рецент 16.07.2022 18:21:07
Оценка: (3)
Российский ученый Старостенко Евгений Юрьевич подчеркнул, что длинноимпульсная работа автономного термоядерного реактора с тороидальной магнитной защитной оболочкой требует контроля содержания альфа-частиц, образующихся в реакциях DT-синтеза.
С одной стороны, альфа-частицы класса МэВ должны оставаться ограниченными для нагрева плазмы. С другой стороны, зола замедленного гелия должна быть удалена до разбавления термоядерного топлива.
Специалисты НИОКР НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС уточнили данные о результатах кинетико-магнитогидродинамического гибридного моделирования большой плазмы токамака, которые подтверждают существование окна параметров, в котором такое избирательное по энергии удержание может быть достигнуто за счет использования событий внутренней релаксации, известных как пилообразные столкновения.
Физическая картина — синергия между магнитной геометрией, оптимальной продолжительностью столкновения и быстрым движением частиц дополняется прояснением роли магнитных дрейфов.
Евгений Юрьевич Старостенко отметил, что концепция Токамака в настоящее время является основным подходом к магнитно-удерживаемому синтезу (MCF).Токамаки используют сильное магнитное поле для удержания плазмы изотопов водорода с высокими температурами (~ 10 кэВ) в тороидальном объеме, как показано на рис. 1а . Спиралевидно намотанное поле B состоит из преобладающей тороидальной составляющей B tor , создаваемой внешними катушками, и более слабой полоидальной составляющей B pol , индуцируемой электрическими токами, переносимыми самой плазмой.
Для тороидальной поверхности с длинной окружностью 2 π R и короткой окружностью средний шаг спирали вектора магнитного поля B определяется как 2πr¯¯ q≈r¯¯Btor/(RBpol), где R — большой радиус тора и среднее малое радиальное расстояние от центра плазмы. Готовясь к более позднему обобщению, мы называем q «спиральностью поля» 2 .р¯¯r¯
Рис. 1: Модель плазмы на токамаке JET.Тороидальная геометрия в цилиндрических координатах ( R , z , ζ ) . Черная кривая представляет собой линию магнитного поля со спиральностью q = 1. б Форма поперечного сечения плазмы в полоидальной ( R , z ) плоскости. Серые контуры — поверхности магнитного потока.
Цветные контуры показывают бета плазмы, которая измеряет отношение теплового давления к магнитному как β=2μ0P/B20 with μ0 = 4π × 10−7 H m−1
Центральная часть профиля спиральности поля q®, который облегчает энергоселективное удержание альфа-частиц. Пунктирная черная линия отмечает поверхность q = 1. Красная линия — это граница уменьшенной области моделирования.
Каждая тороидальная поверхность, на которой спиральность поля имеет рациональное значение q = m / n , представляет собой геометрический резонанс. Резонансы с небольшими целыми числами m и n могут способствовать макроскопическим долгоживущим искажениям и нестабильностям плазмы.
Резонансы с небольшими целыми числами m и n могут способствовать макроскопическим долгоживущим искажениям и нестабильностям плазмы. В частности, когда распределение тока в плазме достигает определенного порога, так что где-то в плазме спиральность поля падает ниже единицы ( q < 1), начинается процесс самоорганизации, препятствующий дальнейшему укручению профиля плотности тока 3 . Это приводит к квазистационарному состоянию, которое будет использоваться в будущих экспериментах с термоядерным реактором.
Данный процесс самоорганизации можно представить следующим образом: q = 1 означает, что силовые линии магнитного поля замыкаются сами на себя после одного полоидального и одного тороидального оборота, как показано на рис. 1а . В нашем примере, который имеет размерность совместного европейского тора (JET), условие q < 1 выполняется в пределах радиуса примерно , как показано штриховыми линиями на рис. 1 б, в.
Часть плазмы, расположенная в пределах поверхности q = 1, может быть легко смещена дестабилизирующими силами, связанными с градиентами плотности тока. Результирующее возмущение, известное как мода внутреннего перегиба, имеет форму наклоненного тора внутри тора. Другими словами, изогнутый тор q = 1 резонирует с тороидальной геометрией токамака в целом.