تركيز البلازما الكثيف

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 6 صور
الموسوعة الحرة

يُعد تركيز البلازما الكثيف ( DPF ) نوعًا من أنظمة توليد البلازما التي طُوّرت في الأصل كجهاز طاقة اندماجية ، بدءًا من أوائل الستينيات. وقد أظهر النظام قوانين قياس تشير إلى أنه لن يكون مفيدًا في دور الطاقة التجارية، ومنذ الثمانينيات، استُخدم بشكل أساسي كنظام تعليمي للاندماج، وكمصدر للنيوترونات والأشعة السينية .

طُوِّر المفهوم الأصلي عام ١٩٥٤ في الاتحاد السوفيتي على يد ن. ف. فيليبوف، الذي لاحظ التأثير أثناء عمله على آلات الضغط البدائية. [ ١ ] نُفِّذ برنامج بحثي رئيسي حول مرشح جسيمات الديزل (DPF) في الاتحاد السوفيتي حتى أواخر الخمسينيات، ولا يزال مستمرًا حتى اليوم. اكتُشفت نسخة مختلفة من المفهوم الأساسي نفسه بشكل مستقل في الولايات المتحدة على يد ج. و. ماثر في أوائل الستينيات. شهدت هذه النسخة بعض التطوير في السبعينيات، ولا تزال تُطوَّر منها نسخ مختلفة.

يستند التصميم الأساسي إلى مفهوم الانضغاط Z. يستخدم كل من مرشح البلازما ذي البلازما (DPF) والانضغاط تيارات كهربائية عالية تمر عبر غاز لتحفيز تأينه وتحويله إلى بلازما، ثم ينضغط على نفسه لزيادة كثافة البلازما ودرجة حرارتها. يختلف مرشح البلازما ذي البلازما (DPF) اختلافًا كبيرًا في الشكل: تستخدم معظم الأجهزة أسطوانتين متحدتي المركز، ويتشكل الانضغاط عند نهاية الأسطوانة المركزية. في المقابل، تستخدم أنظمة الانضغاط Z عمومًا أسطوانة واحدة، وأحيانًا حلقة ، وتضغط البلازما في المركز.

تُشبه بؤرة البلازما جهاز مدفع البلازما عالي الكثافة (HIPGD، أو ببساطة مدفع البلازما )، الذي يقذف البلازما على شكل بلازمويد ، دون ضغطها. وقد أجرى كريشنان مراجعة شاملة لبؤرة البلازما الكثيفة وتطبيقاتها المتنوعة في عام 2012. [ 2 ]

مفهوم القرصة

تُعد الأجهزة القائمة على الضغط من أوائل الأنظمة التي تم تطويرها بجدية لأبحاث الاندماج، بدءًا من الآلات الصغيرة جدًا التي تم بناؤها في لندن عام 1948. وعادة ما كانت هذه الآلات تتخذ أحد شكلين؛ آلات الضغط الخطية عبارة عن أنابيب مستقيمة بها أقطاب كهربائية في كلا الطرفين لتطبيق التيار في البلازما، في حين أن آلات الضغط الحلقية عبارة عن أجهزة على شكل كعكة مع مغناطيسات كبيرة ملفوفة حولها تقوم بتوفير التيار عن طريق الحث المغناطيسي .

في كلا نوعي الجهاز، تُطبَّق نبضة تيار عالية على غاز مخفف داخل أنبوب. يُؤيِّن هذا التيار الغاز مبدئيًا إلى بلازما. بمجرد اكتمال التأين، الذي يحدث في أجزاء من الثانية، تبدأ البلازما بتوصيل التيار. وبسبب قوة لورنتز ، يُولِّد التيار مجالًا مغناطيسيًا يدفع البلازما إلى الانضغاط على شكل خيط ، يشبه البرق . تزيد هذه العملية كثافة البلازما بسرعة كبيرة، مما يرفع درجة حرارتها.

سرعان ما أظهرت الأجهزة المبكرة مشاكل تتعلق باستقرار هذه العملية. فعندما يبدأ التيار بالتدفق في البلازما، تحدث تأثيرات مغناطيسية تُعرف بعدم الاستقرار ، وتتخذ شكلين: شكل السجق وشكل الانحناء . تتسبب هذه التأثيرات في عدم استقرار البلازما، ما يؤدي في النهاية إلى اصطدامها بجوانب الحاوية. وهذا يُسبب مشكلتين: أولاً، قد تتسبب البلازما الساخنة في تآكل أسطح الحاوية. ثانياً، مع حدوث ذلك، قد تتسبب البلازما الساخنة في تساقط ذرات من مادة الحاوية، والتي عادةً ما تكون معدناً أو زجاجاً، ودخولها إلى الوقود، ما يُؤدي إلى تبريد البلازما بسرعة. ما لم يتم تثبيت البلازما، فإن عملية الفقد هذه تجعل الاندماج النووي مستحيلاً.

في منتصف خمسينيات القرن العشرين، ظهر حلان محتملان. في مفهوم الانضغاط السريع ، يُحدث جهاز خطي انضغاطًا سريعًا جدًا بحيث لا تتحرك البلازما ككل، بل تبدأ الطبقة الخارجية فقط بالانضغاط، مما يُولّد موجة صدمية تُواصل عملية الانضغاط بعد إزالة التيار. أما في مفهوم الانضغاط المُستقر ، فتُضاف مجالات مغناطيسية جديدة تمتزج مع مجال التيار وتُنشئ تكوينًا أكثر استقرارًا. في الاختبارات، لم ينجح أي من هذين النظامين، وتم التخلي عن مسار الانضغاط للاندماج النووي إلى حد كبير بحلول أوائل ستينيات القرن العشرين.

مفهوم مرشح جسيمات الديزل

خلال تجارب أجريت على جهاز الضغط الخطي، لاحظ فيليبوف أن ترتيبات معينة للأقطاب الكهربائية والأنبوب تؤدي إلى تشكيل البلازما في أشكال جديدة. وقد أدى ذلك إلى مفهوم مرشح الجسيمات الدقيقة (DPF).

في جهاز ترشيح جسيمات الديزل النموذجي، يوجد قطبان أسطوانيان متداخلان. القطب الداخلي، الذي يكون عادةً صلبًا، مفصولٌ فعليًا عن القطب الخارجي بقرص عازل عند أحد طرفي الجهاز، بينما يبقى الطرف الآخر مفتوحًا. والنتيجة تشبه كوبًا للشرب بداخله نصف نقانق منتصبة على طرفها.

عند تطبيق التيار الكهربائي، يبدأ بالتكوّن على مسار المقاومة الأقل، عند الطرف القريب من قرص العازل. يؤدي ذلك إلى تأين الغاز في تلك المنطقة بسرعة، ويبدأ التيار بالتدفق عبره إلى القطب الخارجي. يُولّد التيار مجالًا مغناطيسيًا يدفع البلازما إلى أسفل الأنبوب باتجاه الطرف المفتوح، حيث تصل إلى النهاية في غضون أجزاء من الثانية.

عندما تصل البلازما إلى الطرف المفتوح، تستمر في الحركة لفترة وجيزة، لكن تبقى نهايات صفيحة التيار متصلة بنهايات الأسطوانات. وهذا ما يجعل صفيحة البلازما تتقوس إلى شكل يشبه المظلة أو قبعة الفطر.

عند هذه النقطة، يتوقف المزيد من الحركة، ويبدأ التيار المستمر بدلاً من ذلك في الضغط على الجزء القريب من القطب المركزي. في النهاية، يؤدي هذا إلى انضغاط المنطقة التي كانت على شكل حلقة إلى عمود رأسي يمتد من نهاية القطب الداخلي. في هذا الحجم، تزداد الكثافة بشكل كبير. هذا هو موضع التركيز .

تجري العملية برمتها بسرعة تفوق سرعة الصوت في الغاز المحيط بأضعاف كثيرة. ومع استمرار غلاف التيار في التحرك محوريًا، ينزلق الجزء الملامس للمصعد على سطحه بشكل متناظر. وعندما تتجمع جبهة الموجة الصدمية المنهارة على المحور، تنبعث جبهة صدمية منعكسة من المحور حتى تلتقي بغلاف التيار المحرك، الذي يشكل بدوره الحد المتناظر لعمود البلازما الساخنة المضغوطة أو المركزة.

ينضغط عمود البلازما الكثيف (المشابه لانضغاط Z ) بسرعة ، ويتعرض لعدم استقرار، ثم يتفكك. ويحدث إشعاع كهرومغناطيسي مكثف وانفجارات جسيمية، تُعرف مجتمعةً بالإشعاع المتعدد، خلال مرحلتي البلازما الكثيفة والتفكك. وتستمر هاتان المرحلتان الحرجتان عادةً عشرات النانوثواني في جهاز تركيز صغير (كيلوجول، 100 كيلو أمبير)، وتصل إلى حوالي ميكروثانية في جهاز تركيز كبير (ميجاجول، عدة ميغا أمبير).  

قد تستغرق العملية، بما في ذلك المرحلتين المحورية والشعاعية، في جهاز ماثر دي بي إف، من بضع ميكروثوانٍ (للبؤرة الصغيرة) إلى 10  ميكروثوانٍ لجهاز البؤرة الأكبر. يتميز جهاز فيليبوف للبؤرة بمرحلة محورية قصيرة جدًا مقارنةً بجهاز ماثر.

التطبيقات

عند تشغيلها باستخدام الديوتيريوم ، تنبعث دفعات مكثفة من الأشعة السينية والجسيمات المشحونة، بالإضافة إلى نواتج ثانوية للاندماج النووي بما في ذلك النيوترونات . [ 3 ] هناك أبحاث جارية تُظهر تطبيقات محتملة كمصدر للأشعة السينية اللينة [ 4 ] لطباعة الليثوغرافيا الإلكترونية الدقيقة من الجيل التالي ، والتصنيع الدقيق للأسطح ، ومصدر نبضي للأشعة السينية والنيوترونات للتشخيص والعلاج الطبي ، والتفتيش الأمني، وتعديل المواد، [ 5 ] من بين أمور أخرى.

بالنسبة لتطبيقات الأسلحة النووية ، يمكن استخدام أجهزة تركيز البلازما الكثيفة كمصدر خارجي للنيوترونات . [ 6 ] وتشمل التطبيقات الأخرى محاكاة الانفجارات النووية (لاختبار المعدات الإلكترونية) ومصدر نيوترونات قصير ومكثف مفيد للكشف عن المواد النووية أو فحصها دون تلامس (اليورانيوم، البلوتونيوم).

صفات

من أهم خصائص تركيز البلازما الكثيفة أن كثافة طاقة البلازما المركزة ثابتة عمليًا في جميع أنواع الأجهزة، [ 7 ] بدءًا من الأجهزة ذات الطاقة المنخفضة (أقل من كيلوجول) وصولًا إلى الأجهزة ذات الطاقة العالية (ميجاجول)، وذلك عند ضبط هذه الأجهزة لتحقيق التشغيل الأمثل. [ 8 ] وهذا يعني أن جهاز تركيز البلازما الصغير، بحجم طاولة، يُنتج نفس خصائص البلازما (درجة الحرارة والكثافة) تقريبًا التي يُنتجها أكبر جهاز تركيز بلازما. مع ذلك، يُنتج الجهاز الأكبر حجمًا حجمًا أكبر من البلازما المركزة، ما يُؤدي إلى عمر أطول وإنتاجية إشعاعية أعلى.

حتى أصغر بؤرة بلازما تتمتع بنفس الخصائص الديناميكية للأجهزة الأكبر حجماً، إذ تنتج نفس خصائص البلازما ونفس نواتج الإشعاع. ويعود ذلك إلى قابلية ظواهر البلازما للتوسع .

انظر أيضًا إلى البلازمويد ، وهي كرة البلازما المغناطيسية ذاتية الاحتواء التي يمكن إنتاجها بواسطة بؤرة بلازما كثيفة.

معايير التصميم

إن ثبات كثافة طاقة البلازما في جميع أنحاء نطاق أجهزة تركيز البلازما، من الصغيرة إلى الكبيرة، يرتبط بقيمة معلمة تصميم يجب الحفاظ عليها عند قيمة معينة إذا كان من المقرر أن يعمل تركيز البلازما بكفاءة.

يُعدّ معيار "السرعة" الحاسم في تصميم الأجهزة المنتجة للنيوترونات هوأناأص{\displaystyle {\frac {I}{a{\sqrt {p}}}}}، أينأنا{\displaystyle I}هو التيار،أ{\displaystyle a}يمثل نصف قطر المصعد، وص{\displaystyle p}هي كثافة الغاز أو ضغطه. [ 7 ]

على سبيل المثال، بالنسبة للتشغيل الأمثل للنيوترون في الديوتيريوم، فإن قيمة هذه المعلمة الحرجة، التي لوحظت تجريبياً على نطاق من الآلات من كيلوجول إلى مئات الكيلوجول، هي: 9  كيلو أمبير / (مم·تور 0.5 )، أو 780  كيلو أمبير / (م·باسكال 0.5 )، مع انحراف صغير بشكل ملحوظ بنسبة 10٪ على نطاق واسع من أحجام الآلات.

وبالتالي، عند تيار ذروة يبلغ 180  كيلو أمبير، يتطلب المصعد نصف قطر 10  مم، مع ضغط تعبئة بالديوتيريوم قدره 4 تور (530 باسكال) . يجب أن يتناسب طول المصعد مع زمن صعود تيار المكثف للسماح بسرعة انتقال محورية متوسطة لغلاف التيار تزيد قليلاً عن 50 مم/ميكروثانية. لذا، يتطلب زمن صعود المكثف البالغ 3 ميكروثانية طول مصعد مناسب يبلغ 160 مم.     

يُعدّ المثال المذكور أعلاه، والذي يُظهر تيار ذروة يبلغ 180  كيلو أمبير يرتفع خلال 3  ميكروثانية، ونصف قطر المصعد وطوله 10 و160  ملم على التوالي، قريبًا من معايير تصميم مرفق اندماج البلازما التابع لجامعة الأمم المتحدة/المركز الدولي للفيزياء النظرية (UNU/ICTP PFF). [ 9 ] صُمّم هذا الجهاز الصغير الذي يُوضع على سطح الطاولة كنظام تجريبي متكامل منخفض التكلفة للتدريب والنقل بهدف بدء/تعزيز أبحاث البلازما التجريبية في البلدان النامية. [ 10 ]

مربع معامل الدفع هو مقياس لكثافة طاقة البلازما .

في المقابل، هناك معيار آخر مقترح، يُطلق عليه اسم معيار كثافة الطاقة28هـأ3{\displaystyle {28E ​​\over a^{3}}}حيث E هي الطاقة المخزنة في بنك المكثفات و a هو نصف قطر المصعد، بالنسبة للتشغيل الأمثل للنيوترونات في الديوتيريوم، فإن قيمة هذا المعامل الحرج، التي لوحظت تجريبياً على نطاق واسع من الأجهزة من عشرات الجول إلى مئات الكيلوجول، هي من رتبة5⋅1010{\displaystyle {5\cdot 10^{10}}}J/m³ . [ 8 ] على سبيل المثال، بالنسبة لمجموعة مكثفات سعتها 3 كيلو جول، يبلغ نصف قطر المصعد حوالي 12 مم. يتراوح هذا المعامل بين 3.6 × 10⁹ و7.6 × 10¹¹ للأجهزة التي درسها سوتو. ويعود هذا التباين الواسع في قيمة هذا المعامل إلى كونه "كثافة طاقة تخزين"، والتي تُترجم إلى كثافة طاقة بلازما بكفاءة متفاوتة تبعًا لاختلاف أداء الأجهزة المختلفة. وبالتالي، يتطلب الحصول على كثافة طاقة البلازما اللازمة (والتي وُجد أنها ثابتة تقريبًا لإنتاج النيوترونات الأمثل) كثافة تخزين أولية متفاوتة بشكل كبير.

البحوث الحالية

تعمل شبكة من عشرة أجهزة DPF متطابقة في ثماني دول حول العالم. تُنتج هذه الشبكة أبحاثًا علمية تتناول مواضيع تشمل تحسين أداء الأجهزة وتشخيصها (الأشعة السينية اللينة، والنيوترونات، وحزم الإلكترونات والأيونات)، وتطبيقاتها (الطباعة الحجرية الدقيقة، والتصنيع الدقيق، وتعديل المواد وتصنيعها، والتصوير الطبي، والمحاكاة الفيزيائية الفلكية)، بالإضافة إلى النمذجة والحساب. أسس سينغ لي هذه الشبكة عام 1986، وتتولى تنسيقها الجمعية الآسيوية الأفريقية للتدريب على البلازما ( AAAPT ). طُوّرت حزمة محاكاة، تُعرف باسم نموذج لي [ 11 ] ، خصيصًا لهذه الشبكة، وهي قابلة للتطبيق على جميع أجهزة تركيز البلازما. يُحقق البرنامج عادةً توافقًا ممتازًا بين النتائج المحسوبة والمقاسة [ 12 ] ، وهو متاح للتنزيل كمرفق مختبري عالمي لتركيز البلازما. تأسس معهد دراسات تركيز البلازما (IPFS) [ 13 ]  في 25 فبراير 2008 لتعزيز الاستخدام الصحيح والمبتكر لبرنامج نموذج لي، ولتشجيع تطبيق التجارب العددية لتركيز البلازما. لقد وسّع بحث IPFS بالفعل نطاق قوانين قياس النيوترونات المشتقة عدديًا لتشمل تجارب متعددة الميغا جول. [ 14 ] ولا تزال هذه القوانين قيد التحقق. كما أسفرت التجارب العددية باستخدام البرنامج عن وضع قانون قياس شامل يشير إلى أن تأثير تشبع النيوترونات المعروف يرتبط بشكل أفضل بآلية تدهور القياس. ويعود ذلك إلى تزايد هيمنة المقاومة الديناميكية للطور المحوري مع انخفاض معاوقة بنك المكثفات بزيادة طاقة البنك (سعته). من حيث المبدأ، يمكن التغلب على التشبع المقاومي بتشغيل نظام طاقة النبضات بجهد أعلى.

يدير المركز الدولي للبلازما الممغنطة الكثيفة (ICDMP) في وارسو، بولندا، العديد من أجهزة تركيز البلازما ضمن برنامج بحثي وتدريبي دولي. ومن بين هذه الأجهزة جهازٌ ذو قدرة طاقة تبلغ 1  ميغا جول (جهاز PF-1000 في معهد فيزياء البلازما والاندماج الليزري الدقيق)، مما يجعله أحد أكبر أجهزة تركيز البلازما في العالم.

يوجد في الأرجنتين برنامج بحثي مشترك بين المؤسسات حول تركيز البلازما منذ عام 1996، يُنسقه المختبر الوطني للبلازما الممغنطة الكثيفة ( www.pladema.net ) في تانديل، بوينس آيرس. ويتعاون البرنامج أيضًا مع هيئة الطاقة النووية التشيلية، ويربط شبكةً تضم هيئة الطاقة الوطنية الأرجنتينية، والمجلس العلمي لبوينس آيرس، وجامعة سنترال، وجامعة مار ديل بلاتا، وجامعة روساريو، ومعهد فيزياء البلازما بجامعة بوينس آيرس. ويشغل البرنامج ستة أجهزة لتركيز البلازما، ويطور تطبيقاتٍ، لا سيما التصوير المقطعي فائق القصر والكشف عن المواد باستخدام الاستجواب النبضي النيوتروني. كما ساهم برنامج PLADEMA خلال العقد الماضي في تطوير العديد من النماذج الرياضية لتركيز البلازما. وقد تمكن النموذج الديناميكي الحراري، ولأول مرة، من وضع خرائط تصميم تجمع بين المعايير الهندسية والتشغيلية، مما يُظهر وجود طول مثالي للمدفع وضغط شحن يُحققان أقصى انبعاث للنيوترونات. يوجد حاليًا رمز كامل للعناصر المحدودة تم التحقق من صحته من خلال العديد من التجارب، ويمكن استخدامه بثقة كأداة تصميم لتركيز البلازما.

في تشيلي، وفي هيئة الطاقة النووية التشيلية، تم توسيع نطاق تجارب تركيز البلازما لتشمل أجهزة ذات طاقة أقل من كيلوجول، كما تم تطبيق قواعد القياس حتى نطاق طاقة أقل من جول واحد. [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] وقد ساهمت هذه الدراسات في إثبات إمكانية توسيع نطاق تركيز البلازما ضمن نطاق واسع من الطاقات والأحجام مع الحفاظ على نفس قيم كثافة الأيونات، والمجال المغناطيسي، وسرعة غلاف البلازما، وسرعة ألفين، وكمية الطاقة لكل جسيم. وبالتالي، أصبح من الممكن الحصول على تفاعلات الاندماج في أجهزة متناهية الصغر (تعمل بمولدات طاقة 0.1 جول على سبيل المثال)، كما هو الحال في الأجهزة الأكبر حجمًا (التي تعمل بمولدات طاقة 1 ميجا جول). ومع ذلك، فإن استقرار تركيز البلازما يعتمد بشكل كبير على حجم الجهاز وطاقته. [ ٨ ] لوحظت ظواهر بلازما غنية في أجهزة تركيز البلازما المكتبية التي طورتها هيئة الطاقة النووية التشيلية: هياكل خيطية، [ ١٩ ] ونقاط تفرد حلقية، [ ٢٠ ] وانفجارات بلازما ، [ ٢١ ] وتوليد نفاثات بلازما. [ ٢٢ ] علاوة على ذلك، يجري استكشاف تطبيقات محتملة باستخدام هذا النوع من أجهزة البلازما الصغيرة: تطوير مولدات محمولة كمصادر غير مشعة للنيوترونات والأشعة السينية للتطبيقات الميدانية، [ ١٦ ] [ ١٧ ] والإشعاع النبضي المطبق على الدراسات البيولوجية، وتركيز البلازما كمصدر للنيوترونات للمفاعلات الهجينة للاندماج والانشطار النووي، [ ٢٣ ] واستخدام أجهزة تركيز البلازما كمسرعات بلازما لدراسة المواد تحت نبضات مكثفة ذات صلة بالاندماج. [ ٢٤ ] إضافة إلى ذلك، تشغل هيئة الطاقة النووية التشيلية حاليًا منشأة SPEED-2، وهي أكبر منشأة لتركيز البلازما في نصف الكرة الجنوبي.

منذ بداية عام 2009، تم تشغيل العديد من أجهزة تركيز البلازما الجديدة، بما في ذلك جهاز INTI Plasma Focus في ماليزيا، وجهاز NX3 في سنغافورة، وهو أول جهاز تركيز بلازما يتم تشغيله في جامعة أمريكية في السنوات الأخيرة، وجهاز KSU Plasma Focus في جامعة ولاية كانساس الذي سجل أول انضغاط نيوتروني اندماجي له في ليلة رأس السنة الجديدة 2009، وجهاز IR-MPF-100 لتركيز البلازما (115 كيلو جول) في إيران.

الطاقة الاندماجية

اقترحت عدة مجموعات أن طاقة الاندماج القائمة على مفاعل البلازما المزدوج (DPF) قد تكون مجدية اقتصاديًا، وربما حتى مع دورات وقود منخفضة النيوترونات مثل دورة p-B11. ويتطلب تحقيق طاقة صافية من p-B11 في مفاعل البلازما المزدوج تقليل خسائر إشعاع الكبح (bremsstrahlung) بفعل التأثيرات الكمومية الناتجة عن مجال مغناطيسي قوي للغاية " مُجمّد في البلازما ". ويؤدي المجال المغناطيسي القوي أيضًا إلى معدل انبعاث عالٍ لإشعاع السيكلوترون ، ولكن عند الكثافات المعنية، حيث يكون تردد البلازما أكبر من تردد السيكلوترون ، يُعاد امتصاص معظم هذه الطاقة قبل فقدانها من البلازما. ومن المزايا الأخرى المزعومة القدرة على التحويل المباشر لطاقة نواتج الاندماج إلى كهرباء، بكفاءة قد تتجاوز 70%.

فيزياء البلازما في لورنسفيل

تُجرى حاليًا تجارب ومحاكاة حاسوبية لدراسة جدوى استخدام تقنية دمج البلازما المركزة (DPF) لتوليد الطاقة الاندماجية في مختبر لورنسفيل لفيزياء البلازما (LPP) تحت إشراف إريك ليرنر ، الذي شرح نهجه "الاندماج المركز" في محاضرة تقنية على منصة جوجل عام 2007. [ 25 ] وفي 14 نوفمبر/تشرين الثاني 2008، حصل ليرنر على تمويل لمواصلة أبحاثه لاختبار الجدوى العلمية لتقنية الاندماج المركزة. [ 26 ]

في 15 أكتوبر 2009، حقق جهاز DPF "Focus Fusion-1" أول انضغاط له. [ 27 ] وفي 28 يناير 2011، نشرت شركة LPP النتائج الأولية، بما في ذلك تجارب حققت معدلات اندماج أعلى بكثير من المعدل التاريخي لأجهزة DPF. [ 28 ] وفي مارس 2012، أعلنت الشركة أنها وصلت إلى درجات حرارة بلغت 1.8 مليار درجة، متجاوزة الرقم القياسي السابق البالغ 1.1 مليار درجة والذي صمد منذ عام 1978. [ 29 ] [ 30 ] وفي عام 2016، أعلنت الشركة أنها حققت معدل اندماج بلغ 0.25 جول. [ 31 ] وفي عام 2017، خفضت الشركة الشوائب بمقدار ثلاثة أضعاف في الكتلة وعشرة أضعاف في عدد الأيونات. وزاد معدل الاندماج بنسبة 50%، وتضاعف مقارنةً بأجهزة تركيز البلازما الأخرى التي تستخدم نفس مدخلات الطاقة البالغة 60 كيلوجول. كما ارتفع متوسط ​​طاقة الأيونات إلى مستوى قياسي بلغ 240 ± 20 كيلو إلكترون فولت لأي بلازما اندماج محصورة. وقد أدى مزيج الديوتيريوم والنيتروجين والتأين المسبق بتفريغ الهالة إلى تقليل الانحراف المعياري لعائد الاندماج بمقدار أربعة أضعاف إلى حوالي 15%. [ 32 ]

في عام 2019، أجرى الفريق سلسلة من التجارب، أُطلق عليها اسم Focus Fusion 2B، استبدلوا فيها مادة القطب الكهربائي، التنجستن، بالبريليوم . بعد 44 عملية إطلاق، شكّل قطب البريليوم  طبقة أكسيد أرق بكثير (10 نانومتر) مع شوائب أقل وتآكل أقل للقطب مقارنةً بأقطاب التنجستن. وبلغت طاقة الاندماج 0.1 جول. وبشكل عام، زادت الطاقة وانخفضت الشوائب مع زيادة عدد عمليات الإطلاق. [ 33 ] وبحلول عام 2025، أعلنت الشركة أن الطاقة قد وصلت إلى 0.26 جول. [ 34 ]

تاريخ

  • 1958: بيتروف دي بي، فيليبس إن. "الغاز المندفع الضخم يتم إطلاقه عبر الكاميرا باستخدام الشعلات الأولية". في سب. تسيطر قروض ومشكلات الفيزياء على التفاعلات الحرارية. سنة. АН СССР، 1958، ر. 4، س. 170-181.
  • 1958: هانز ألفين : وقائع المؤتمر الدولي الثاني حول الاستخدامات السلمية للطاقة الذرية (الأمم المتحدة)، 31، 3
  • 1960: هـ. ألفين، ل. ليندبرغ، وب. ميتليد، " تجارب على حلقات البلازما " (1961) مجلة الطاقة النووية . الجزء  ج، فيزياء البلازما، المسرعات، البحوث النووية الحرارية، المجلد  1، العدد  3، الصفحات  116-120
  • 1960: ليندبرغ، إل.، إي. ويتاليس وسي تي جاكوبسن، "تجارب مع حلقات البلازما" (1960) الطبيعة 185:452.
  • 1961: هانز ألفين: تجربة حلقة البلازما في " حول أصل المجالات المغناطيسية الكونية " (1961) مجلة الفيزياء الفلكية ، المجلد  133، ص  1049
  • 1961: ليندبرغ، ل. وجاكوبسن، س.، " حول تضخيم التدفق المغناطيسي القطبي في البلازما " (1961) مجلة الفيزياء الفلكية ، المجلد  133، ص  1043
  • 1962: فيليبوف، ن. ف.، وآخرون، "بلازما كثيفة وعالية الحرارة في ضغط غير أسطواني ثنائي النقاط" (1962)، "ملحق الاندماج النووي"، الجزء  2، 577
  • 1969: باكوالد، روبرت ألين، "تكوين بؤرة البلازما الكثيفة عن طريق تناظر القرص" (1969) أطروحة ، جامعة ولاية أوهايو .

ملحوظات

  1. ↑ بيتروف، د.ب.؛ فيليبوف، ن.ف.؛ فيليبوفا، ت.إ.؛ خرابروف، ف.أ. (1958). "تفريغ غازي نبضي قوي في الخلايا ذات الجدران الموصلة". في ليونتوفيتش، م.أ. (محرر). فيزياء البلازما ومشكلة التفاعلات النووية الحرارية المتحكم بها (باللغة الروسية). المجلد  4. موسكو: أكاديمية العلوم في الاتحاد السوفيتي. الصفحات 170-181 . 
  2. ↑ كريشنان، ماهاديفان (ديسمبر 2012). "تركيز البلازما الكثيفة: ضغط كثيف متعدد الاستخدامات لتطبيقات متنوعة". معاملات IEEE في علوم البلازما . 40 (12): 3189-3221 . Bibcode : 2012ITPS...40.3189K . doi : 10.1109/TPS.2012.2222676 . S2CID 43566399 . 
  3. ↑ سبرينغهام، إس. في.؛ لي، إس.؛ رفيق، إم. إس. (أكتوبر 2000). "أطياف طاقة الديوتريوم المترابطة وإنتاج النيوترونات لبؤرة بلازما 3 كيلو جول". فيزياء البلازما والاندماج النووي المتحكم به . 42 (10): 1023-1032 . Bibcode : 2000PPCF...42.1023S . doi : 10.1088/0741-3335/42/10/302 . S2CID 250834004 . 
  4. ↑ بوغوليوبوف، إي بي؛ وآخرون (1970). "مصدر قوي للأشعة السينية اللينة لطباعة الليثوغرافيا بالأشعة السينية يعتمد على تركيز البلازما". فيزيكا سكريبت . 57 (4): 488-494 . Bibcode : 1998PhyS...57..488B . doi : 10.1088/0031-8949/57/4/003 . S2CID 250814654 .  
  5. ↑ راوات، آر إس؛ أرون، بي؛ فيديشوار، إيه جي؛ لي، بي (15 يونيو 2004). "تأثير تشعيع الأيونات عالية الطاقة على CdI" فيلمان ".مجلة الفيزياء التطبيقية.95(12):7725-30.arXiv:cond-mat/0408092.Bibcode:2004JAP....95.7725R.doi:10.1063/1.1738538.S2CID118865852.تاريخ الاسترجاع:2009-01-08. 
  6. ↑ وزارة الدفاع الأمريكية ، قائمة التقنيات العسكرية الحيوية، الجزء الثاني: تقنيات أسلحة الدمار الشامل (فبراير 1998)، القسم  5. تقنية الأسلحة النووية ( ملف PDF )، الجدول 5.6-2، صفحة II-5-66. تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 يناير 2009.
  7. 1 2 لي، سينغ؛ سربان، أ. (يونيو 1996). "أبعاد وعمر انضغاط تركيز البلازما". معاملات IEEE في علوم البلازما . 24 (3): 1101-1105 . Bibcode : 1996ITPS...24.1101L . doi : 10.1109/27.533118 . ISSN 0093-3813 . 
  8. سوتو ، ليوبولدو؛ بافيز، سي.؛ تاريفينو، أ.؛ مورينو، ج.؛ فيلوسو، ف. (20 سبتمبر 2010). "دراسات حول قابلية التوسع وقوانين التوسع لتركيز البلازما: أوجه التشابه والاختلاف في الأجهزة من 1 ميغا جول إلى 0.1 جول". مصادر البلازما، العلوم والتكنولوجيا . 19 ( 55001-055017 ) 055017. Bibcode : 2010PSST...19e5017S . doi : 10.1088/0963-0252/19/5/055017 . S2CID 122162772 . 
  9. ↑ لي، س. وزكا الله، م. وآخرون، وسريفاستافا، م.ب. وغولاب، أ.ف. وآخرون، وعيسى، م.أ. ومو، س.ب. وآخرون. (1988) اثنا عشر عامًا من برنامج UNU/ICTP PFF - مراجعة. مؤرشف في 29 مارس 2008 على موقع Wayback Machine . IC، 98 (231). عبد السلام، المركز الدولي للفيزياء النظرية، ميراماري، ترييستي. تم الاطلاع عليه في 8 يناير 2009.
  10. ↑ لي، سينغ؛ وونغ، تشيو سان (2006). "بدء وتعزيز أبحاث البلازما في البلدان النامية" . مجلة الفيزياء اليوم . 59 (5): 31-36 . Bibcode : 2006PhT....59e..31L . doi : 10.1063/1.2216959 . ISSN 0031-9228 . تاريخ الاسترجاع: 8 يناير 2009 . {{cite journal}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  11. ↑ لي، سينغ (أغسطس 2014). "نموذج إشعاع بؤرة البلازما: مراجعة لرمز نموذج لي". مجلة طاقة الاندماج . 33 (4): 319-335 . Bibcode : 2014JFuE...33..319L . doi : 10.1007/s10894-014-9683-8 . ISSN 0164-0313 . S2CID 123087082 .  
  12. ↑ "مرفق مختبر تركيز البلازما العالمي في جامعة INTI-UC" . جامعة INTI الدولية (INTI-UC)، ماليزيا . 24 نوفمبر 2008. مؤرشف من الأصل في 28 أكتوبر 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 يناير 2009 .
  13. ↑ "معهد دراسات تركيز البلازما" . 19 نوفمبر 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 2009-01-08 .
  14. ↑(ملف PDF) مؤرشف في 25 مارس 2012، على موقع Wayback Machine
  15. ↑ سوتو، ليوبولدو (20 أبريل 2005). "الاتجاهات الجديدة والآفاق المستقبلية لأبحاث تركيز البلازما". فيزياء البلازما والاندماج النووي المتحكم به . 47 (5A): A361– A381. Bibcode : 2005PPCF...47A.361S . doi : 10.1088/0741-3335/47/5A/027 . hdl : 10533/176861 . S2CID 123567010 . 
  16. 1 2 سوتو، ليوبولدو؛ سيلفا، ب.؛ مورينو، ج.؛ زامبرا، م.؛ كيس، و.؛ ماير، ر. إ.؛ ألتاميرانو، ل.؛ بافيز، س.؛ هويرتا، ل. (1 أكتوبر 2008). "عرض توضيحي لإنتاج النيوترونات في جهاز تركيز بلازما صغير الحجم يعمل بطاقة لا تتجاوز عشرات الجول". مجلة الفيزياء د: الفيزياء التطبيقية . 41 ( 202001-205503 ) 205215. Bibcode : 2008JPhD...41t5215S . doi : 10.1088/0022-3727/41/20/205215 . hdl : 10533/141980 . S2CID 120743451 . 
  17. 1 2 بافيز، كريستيان؛ سوتو، ليوبولدو (6 مايو 2010). "عرض توضيحي لانبعاث الأشعة السينية من تفريغ بؤري بلازما فائق الصغر يعمل عند 0.1 جول. نانوفوكس". معاملات IEEE في علوم البلازما . 38 (5): 1132-1135 . Bibcode : 2010ITPS...38.1132P . doi : 10.1109/TPS.2010.2045110 . S2CID 30726899 . 
  18. ^ سيلفا، باتريسيو. مورينو، خوسيه. سوتو، ليوبولدو؛ بيرستين، ليبو؛ ماير، روبرتو E.؛ كيز، والتر. ألتاميرانو، إل. (15 أكتوبر 2003). “انبعاث النيوترونات من تركيز البلازما السريع بمقدار 400 جول”. رسائل الفيزياء التطبيقية . 83 (16): 3269. بيب كود : 2003ApPhL..83.3269S . دوى : 10.1063/1.1621460 . اتش دي ال : 10533/174369 . S2CID 122201072 . 
  19. ↑ سوتو، ليوبولدو؛ بافيز، سي.؛ كاستيلو، إف.؛ فيلوسو، إف.؛ مورينو، ج.؛ أولوك، إس. كيه. إتش. (1 يوليو 2014). "البنى الخيطية في بؤرة البلازما الكثيفة: خيوط التيار أم خيوط الدوامة؟". فيزياء البلازما . 21 (7): 072702. Bibcode : 2014PhPl...21g2702S . doi : 10.1063/1.4886135 . S2CID 122169647 . 
  20. ^ كازانوفا، فيديريكو. تاريفينو سالديفيا، أرييل؛ فيلوسو، فيليبي؛ بافيز، كريستيان؛ كلاوس، أليخاندرو؛ سوتو ، ليوبولدو (6 سبتمبر 2011). “التفردات الحلقية عالية الكثافة في تركيز بلازما صغير”. مجلة الطاقة الانصهار . 31 (3): 279– 283. بيب كود : 2012JFuE...31..279C . دوى : 10.1007/s10894-011-9469-1 . S2CID 121105885 . 
  21. ↑ سوتو، ليوبولدو؛ بافيز، سي.؛ مورينو، ج.؛ إنيستروزا-إيزوريتا، إم. جيه.؛ فيلوسو، إف.؛ غوتيريز، جي.؛ فيرغارا، ج.؛ كلاوس، أ.؛ بروتزوني، إتش.؛ كاستيلو، إف.؛ ديلغادو-أباريسيو، إل. إف. (5 ديسمبر 2014). "توصيف الصدمة البلازمية المحورية في بؤرة بلازما سطحية بعد الانضغاط وتطبيقها المحتمل لاختبار مواد مفاعلات الاندماج". فيزياء البلازما . 21 (12): 122703. Bibcode : 2014PhPl...21l2703S . doi : 10.1063/1.4903471 . hdl : 11336/180619 .
  22. ↑ بافيس، كريستيان؛ بيدريروس، ج.؛ تاريفينو سالديفيا، أ.؛ سوتو، ل. (24 أبريل 2015). "ملاحظات حول نفاثات البلازما في تفريغ بؤري للبلازما على سطح طاولة". فيزياء البلازما . 22 (4): 040705. Bibcode : 2015PhPl...22d0705P . doi : 10.1063/1.4919260 .
  23. ^ كلوس ، اليخاندرو. سوتو، ليوبولدو؛ فريدلي، كارلوس. التاميرانو ، لويس (2014-12-26). “دراسة جدوى نظام انشطار هجين تحت الحرج مدفوع بالنيوترونات الاندماجية البلازمية”. حوليات الطاقة النووية . 22 : 10 – 14. دوى : 10.1016/j.anucene.2014.12.028 . اتش دي ال : 11336/33206 .
  24. ↑ إنيستروزا-إيزوريتا، ماريا خوسيه؛ راموس-مور، إي.؛ سوتو، ل. (5 أغسطس 2015). "التأثيرات المورفولوجية والبنيوية على أهداف التنجستن الناتجة عن نبضات بلازما الاندماج من بؤرة بلازما سطحية". الاندماج النووي . 55 (93011) 093011. Bibcode : 2015NucFu..55i3011I . doi : 10.1088/0029-5515/55/9/093011 . S2CID 123295304 . 
  25. ↑ ليرنر، إريك (3 أكتوبر 2007). "الاندماج البؤري: أسرع طريق للطاقة النظيفة والرخيصة" (فيديو) . جوجل تيك توكس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 يناير 2009 .
  26. ↑ "شركة فيزياء البلازما في لورانسفيل تتلقى استثمارات كبيرة، وتبدأ مشروعًا تجريبيًا" . 22 نوفمبر 2008. تاريخ الاطلاع: 8 يناير 2009 .
  27. ↑ "تقنية فوكس-فيوجن-1 تعمل! أولى التجارب وأول عملية ضغط تمت في 15 أكتوبر 2009" . شركة لورانسفيل لفيزياء البلازما ، 15 أكتوبر 2009. تاريخ الاطلاع: 18 أكتوبر 2009 .
  28. ↑ ليرنر، إريك جيه؛ كروباكار مورالي، إس؛ حبوب، أ. (28 يناير 2011). "نظرية وبرنامج تجريبي لاندماج البروتون-بورون-11 باستخدام بؤرة البلازما الكثيفة". مجلة طاقة الاندماج . 30 (5): 367-376 . Bibcode : 2011JFuE...30..367L . doi : 10.1007/s10894-011-9385-4 . S2CID 122230379 . 
  29. ↑ ليرنر، إريك جيه؛ مورالي، إس. كروباكر؛ شانون، ديريك؛ بليك، آرون إم؛ فان روسيل، فريد (23 مارس 2012). "تفاعلات الاندماج من أيونات طاقة أكبر من 150 كيلو إلكترون فولت في بلازمويد بؤري كثيف". فيزياء البلازما . 19 (3): 032704. Bibcode : 2012PhPl...19c2704L . doi : 10.1063/1.3694746 . S2CID 120207711 . 
  30. ↑ هالبر، مارك (28 مارس 2012). "اختراق الاندماج النووي" . سمارت بلانيت . تم الاطلاع عليه في 1 أبريل 2012 .
  31. ↑ وانغ، برايان (5 يونيو 2016). "على الرغم من البداية المتعثرة والتمويل الذي لم يتجاوز 25 تجربة، فقد ارتفع إنتاج اندماج LPP بنسبة 50% مسجلاً رقماً قياسياً لأي جهاز تركيز بلازما كثيف" . Next Big Future . مؤرشف من الأصل بتاريخ 6 يونيو 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 مارس 2025 .
  32. ↑ ليرنر، إريك جيه؛ حسن، سيد إم؛ كاراميتسوس، إيفانا؛ فون روسيل، فريد (2017). "طاقة أيونية محصورة >200 كيلو إلكترون فولت وزيادة إنتاجية الاندماج في مرشح جسيمات ثنائي القطب مع أقطاب كهربائية من التنجستن المتجانسة والتأين المسبق" . فيزياء البلازما . 24 (10): 102708. Bibcode : 2017PhPl...24j2708L . doi : 10.1063/1.4989859 .
  33. ↑ LPPFusion (1 يوليو 2019). "بدء تجارب البريليوم مع FF-2B: انخفاض الشوائب، وارتفاع الإنتاجية" (ملف PDF) . lppfusion.com . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 27 يوليو 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 يوليو 2019 .
  34. ↑ "إنتاجية قياسية أخرى - فهم تقدمنا ​​- LPP Fusion" . www.lppfusion.com . 15 يوليو 2025. تاريخ الاطلاع: 10 أغسطس 2025 .