Связанные узлами: новые взгляды на поведение плазмы сосредоточены на поворотах

Независимо от того, проносятся ли они сквозь звезду или термоядерное устройство на Земле, электрически заряженные частицы, составляющие четвертое состояние вещества, более известное как плазма, связаны с линиями магнитного поля, такими как бусы на струне. К сожалению для физиков плазмы, которые изучают это явление, линии магнитного поля часто не имеют простых форм, которые уравнения могут легко смоделировать. Часто они крутятся и завязываются как крендели. Иногда, когда линии становятся особенно скрученными, они разрываются и соединяются вместе, выбрасывая капли плазмы и огромное количество энергии.

Теперь результаты международной группы ученых, возглавляемой Принстонской лабораторией физики плазмы (PPPL) Министерства энергетики США (DOE), показывают, что закрученные магнитные поля могут эволюционировать лишь очень многими способами, причем плазма внутри следует общему правилу. До тех пор пока существует высокое давление на наружную сторону плазмы, прижимающейся внутрь, плазма самопроизвольно приобретает форму буруна или тора и выдувается в горизонтальном направлении. Тем не менее, внешнее расширение ограничивается средней величиной закручивания в плазме, качество, известное как «спиральность».

«Спиральность предотвращает разрушение конфигурации и вынуждает ее превращаться в эту самоорганизующуюся, искривленную структуру», — говорит Кристофер Смит, физик из PPPL и ведущий автор статьи, сообщающей результаты в журнале «Физика плазмы».

Полученные результаты применимы ко всей гамме явлений плазмы и могут дать представление о поведении магнитных облаков, огромных масс плазмы, испускаемой солнцем, которая может расширяться и сталкиваться с собственным магнитным полем Земли. В легкой форме столкновения вызывают северное сияние. Будучи достаточно мощными, эти столкновения могут нарушить работу спутников и помешать работе сотовых телефонов, систем глобального позиционирования, а также радио- и телевизионных сигналов.

«Поскольку эти эффекты частично вызваны топологическими свойствами, такими как связывание и скручивание, которые не зависят от формы или размера, результаты применимы как к плазменным струям космического пространства длиной в тысячи световых лет, так и к структурам длиной в сантиметр в связанных с землей термоядерных установках, «Smiet говорит.

Более того, «изучая магнитное поле в этой более общей структуре, мы можем узнать новые вещи о самоорганизующихся процессах внутри токамаков и о нестабильности, которая им мешает», — говорит Смит.

Планы дальнейших исследований Смита включают изучение изменений в связях и связях силовых линий в токамаке во время двух типов неустойчивости плазмы, которые могут препятствовать реакциям синтеза. «Удивительно, что вы можете узнать, изучая, как распутываются узлы», — говорит Смит.

Исследовательская группа включала ученых из Лейденского университета, Голландского института фундаментальных исследований энергии и Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. Это исследование было поддержано Министерством энергетики США (Fusion Energy Sciences) и программой Rubicon, которая частично финансируется Нидерландской организацией научных исследований.

Источник информации: https://phys.org/news/2019-03-tied-insights-plasma-behavior-focus.html#jCp

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

comments powered by HyperComments
Оценки статьи:
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...