Вчені відкрили новий спосіб класифікації спробованої плазми, який, можливо, призведе до успіхів у створенні керованого термоядерного синтезу. Відкриття фізиків-теоретиків з Прінстонської лабораторії фізики плазми (PPPL) показало, що намагничена плазма має 10 унікальних фаз, і переходи між ними можуть мати велике значення для практичного розвитку.
Дослідники виявили, що просторові кордони або переходи між різними фазами будуть підтримувати локалізовані хвильові збудження.
«Ці відкриття можуть призвести до можливих застосувань екзотичних збуджень в космічній і лабораторній плазмі», - сказав Ічен Фу, провідний автор статті в Nature Communications, в якій описується дослідження. «Наступний крок - вивчити, що можуть робити ці збудження і як їх можна використовувати».
Можливі застосування
Можливі застосування включають використання збуджень для створення струму в магнітній термоядерній плазмі або полегшення обертання плазми в термоядерних експериментах.
Однак «наша стаття не розглядає жодних практичних додатків», - сказав фізик Хун Цинь, співавтор статті. «Документ є базовою теорією, а технологія буде слідувати теоретичному розумінню».
Фактично, «відкриття 10 фаз у плазмі знаменує собою головний розвиток фізики плазми», - сказав Цинь. "Першим і найважливішим кроком у будь-якому науковому починанні є класифікація досліджуваних об'єктів. Будь-яка нова схема класифікації призведе до поліпшення нашого теоретичного розуміння і подальшого розвитку технологій ".
Хун Цинь наводить відкриття основних типів діабету як приклад тієї ролі, яку класифікація відіграє в науковому прогресі. «При розробці методів лікування діабету вчені виявили, що існує три основних типи», - сказав він. «Тепер практикуючі лікарі можуть ефективно лікувати хворих на діабет».
Термоядерний синтез, який вчені всього світу прагнуть виробити на Землі, об'єднує легкі елементи у вигляді плазми - гарячого зарядженого стану матерії, що складається з вільних електронів і атомних ядер, що становлять 99 відсотків видимого Всесвіту, - щоб вивільнити величезну кількість енергії. Термоядерний синтез може служити безпечним і чистим джерелом енергії для вироблення електроенергії в необмежених кількостях.
Плазмові фази, які виявили вчені PPPL, технічно відомі як «топологічні фази», що вказує на форму хвиль, підтримуваних плазмою. Цю унікальну властивість матерії було вперше виявлено в галузі фізики конденсованого стану в 1970-х роках - відкриття, за яке фізик Дункан Холдейн з Прінстонського університету отримав Нобелівську премію 2016 року.
Надійний і оригінальний
Локалізовані плазмові хвилі, створювані фазовими переходами, є стійкими і внутрішніми, оскільки вони «топологічно захищені», - кажуть вчені. «Відкриття того, що це топологічно захищене збудження існує в намагниченій плазмі, є великим кроком вперед, і його можна використовувати в практичних додатках».
Найбільш важливим прогресом у статті є розгляд плазми на основі її топологічних властивостей і визначення її топологічних фаз. На основі цих фаз вчені визначають необхідну і достатню умову для збудження локалізованих хвиль.
«Що стосується того, як цей прогрес може бути використаний для полегшення досліджень в області термоядерної енергії, ми повинні це з'ясувати», - кажуть дослідники.
Стаття про відкриття була опублікована в Nature Communications.