揭開核聚變和超新星中渦旋環(huán)的神秘面紗

2025-11-23 04:35:11 分類：焦點(diǎn) 閱讀(78486)

左:多模激波流體層實(shí)驗(yàn)的發(fā)展。中間:ICF膠囊內(nèi)爆過程中的核聚環(huán)實(shí)驗(yàn)(上)和模擬(下)x射線自發(fā)射。右圖:來自RMI模擬的變和廣州天河如何獲得外圍信息vx《356+2895》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)體積分?jǐn)?shù)。紅色箭頭表示可能的超新渦環(huán)和偶極子。所有圖片均經(jīng)許可轉(zhuǎn)載。星中Credit: Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.194001
（神秘的渦旋地球uux.cn）據(jù)密歇根大學(xué)：更好地理解漩渦狀環(huán)形擾動(dòng)的形成——被稱為渦環(huán)——可以幫助核聚變研究人員更有效地壓縮燃料，使其更接近成為一種可行的神秘能源。
密歇根大學(xué)研究人員開發(fā)的面紗模型可以幫助設(shè)計(jì)燃料艙，最大限度地減少試圖點(diǎn)燃讓恒星發(fā)光的揭開廣州天河如何獲得外圍信息vx《356+2895》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)反應(yīng)時(shí)的能量損失。此外，核聚環(huán)該模型還可以幫助其他必須在沖擊波通過后管理流體混合的變和工程師，如設(shè)計(jì)超音速噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的超新工程師，以及試圖了解超新星的星中物理學(xué)家。
“這些渦環(huán)從塌縮的渦旋恒星向外移動(dòng)，將最終成為星云、神秘行星甚至新恒星的物質(zhì)填充到宇宙中——并在聚變內(nèi)爆期間向內(nèi)移動(dòng)，破壞了燃燒的聚變?nèi)剂系姆€(wěn)定性，降低了反應(yīng)的效率，”U-M大學(xué)機(jī)械工程博士生兼該研究的通訊作者M(jìn)ichael Wadas說。
他說:“我們的研究闡明了這種渦環(huán)是如何形成的，可以幫助科學(xué)家了解宇宙中一些最極端的事件，并使人類更接近于捕捉核聚變作為一種能源的力量。”
核聚變將原子推到一起，直到它們?nèi)诤稀＿@一過程釋放的能量比分裂原子或裂變多幾倍，這為今天的核電站提供了動(dòng)力。研究人員可以創(chuàng)造這種反應(yīng)，將各種形式的氫合并到氦中，但目前，這個(gè)過程中使用的大部分能量都被浪費(fèi)了。
部分問題是燃料不能被整齊地壓縮。不穩(wěn)定性導(dǎo)致噴流的形成，噴入熱點(diǎn)，燃料在噴流之間噴出——Wadas將其比作試圖用手?jǐn)D壓橙子，果汁會(huì)從手指間漏出。
研究人員表明，在這些射流的前沿形成的渦環(huán)在數(shù)學(xué)上類似于煙環(huán)、水母后面的漩渦和從超新星表面飛出的等離子體環(huán)。
也許最著名的聚變方法是一個(gè)球形激光陣列，所有激光都指向一個(gè)球形燃料艙。這就是在國家點(diǎn)火裝置上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的方法，該裝置近年來多次打破能量輸出的記錄。
來自激光的能量蒸發(fā)了燃料周圍的材料層——這是一個(gè)近乎完美的實(shí)驗(yàn)室生長(zhǎng)的鉆石外殼，于2022年12月創(chuàng)下最新紀(jì)錄。當(dāng)外殼蒸發(fā)時(shí)，它驅(qū)使燃料向內(nèi)，同時(shí)碳原子向外飛出。這產(chǎn)生了沖擊波，將燃料推得如此之重，以至于氫氣熔化。
雖然球形燃料芯塊是人類制造的最完美的圓形物體，但每個(gè)都有一個(gè)故意的缺陷:燃料進(jìn)入的填充管。研究人員解釋說，就像一根稻草卡在壓碎的橙子中一樣，當(dāng)壓縮開始時(shí)，這是最有可能形成渦環(huán)引導(dǎo)的射流的地方。
“聚變實(shí)驗(yàn)發(fā)生得如此之快，以至于我們真的只需要將噴流的形成延遲幾納秒，”U-M大學(xué)機(jī)械工程副教授埃里克·約翰森說，他負(fù)責(zé)監(jiān)督這項(xiàng)研究。
這項(xiàng)研究匯集了Wadas和Johnsen的流體力學(xué)專業(yè)知識(shí)，以及核工程和放射科學(xué)副教授Carolyn Kuranz實(shí)驗(yàn)室的核和等離子體物理知識(shí)。
“在高能量密度物理學(xué)中，許多研究指出了這些結(jié)構(gòu)，但沒有明確地將它們識(shí)別為渦環(huán)，”Wadas說。
Wadas和Johnsen對(duì)聚變實(shí)驗(yàn)和天體物理觀測(cè)中看到的結(jié)構(gòu)的深入研究有所了解，他們能夠利用和擴(kuò)展現(xiàn)有的知識(shí)，而不是試圖將它們描述為全新的特征。
約翰森特別感興趣的是，當(dāng)恒星爆炸時(shí)，渦環(huán)可能有助于推動(dòng)重元素和輕元素之間的混合，因?yàn)橐欢òl(fā)生了一些混合過程，從而產(chǎn)生了像地球這樣的行星的成分。
該模型還可以幫助研究人員了解渦環(huán)可以攜帶的能量極限，以及在流動(dòng)變得湍流并因此更難建模之前可以推動(dòng)多少流體。在正在進(jìn)行的工作中，該團(tuán)隊(duì)正在通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證渦環(huán)模型。
這項(xiàng)研究發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》雜志上。