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揭開核聚變和超新星中渦旋環的神秘面紗

桑間濮上網2025-11-27 13:03:46【時尚】4人已圍觀

簡介左:多模激波流體層實驗的發展。中間:ICF膠囊內爆過程中的實驗(上)和模擬(下)x射線自發射。右圖:來自RMI模擬的體積分數。紅色箭頭表示可能的渦環和偶極子。所有圖片均經許可轉載。Credit: Ph 深圳包夜學生妹（電話微信181-8279-1445）一二線城市預約、空姐、模特、留學生、熟女、白領、老師、優質資源覆蓋全國

左:多模激波流體層實驗的發展。中間:ICF膠囊內爆過程中的核聚環實驗(上)和模擬(下)x射線自發射。右圖:來自RMI模擬的變和深圳包夜學生妹（電話微信181-8279-1445）一二線城市預約、空姐、模特、留學生、熟女、白領、老師、優質資源覆蓋全國體積分數。紅色箭頭表示可能的超新渦環和偶極子。所有圖片均經許可轉載。星中Credit: Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.194001
（神秘的渦旋地球uux.cn）據密歇根大學：更好地理解漩渦狀環形擾動的形成——被稱為渦環——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。
密歇根大學研究人員開發的面紗模型可以幫助設計燃料艙，最大限度地減少試圖點燃讓恒星發光的揭開深圳包夜學生妹（電話微信181-8279-1445）一二線城市預約、空姐、模特、留學生、熟女、白領、老師、優質資源覆蓋全國反應時的能量損失。此外，核聚環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，如設計超音速噴氣發動機的超新工程師，以及試圖了解超新星的星中物理學家。
“這些渦環從塌縮的渦旋恒星向外移動，將最終成為星云、神秘行星甚至新恒星的物質填充到宇宙中——并在聚變內爆期間向內移動，破壞了燃燒的聚變燃料的穩定性，降低了反應的效率，”U-M大學機械工程博士生兼該研究的通訊作者Michael Wadas說。
他說:“我們的研究闡明了這種渦環是如何形成的，可以幫助科學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，直到它們融合。這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力。研究人員可以創造這種反應，將各種形式的氫合并到氦中，但目前，這個過程中使用的大部分能量都被浪費了。
部分問題是燃料不能被整齊地壓縮。不穩定性導致噴流的形成，噴入熱點，燃料在噴流之間噴出——Wadas將其比作試圖用手擠壓橙子，果汁會從手指間漏出。
研究人員表明，在這些射流的前沿形成的渦環在數學上類似于煙環、水母后面的漩渦和從超新星表面飛出的等離子體環。
也許最著名的聚變方法是一個球形激光陣列，所有激光都指向一個球形燃料艙。這就是在國家點火裝置上進行實驗的方法，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了燃料周圍的材料層——這是一個近乎完美的實驗室生長的鉆石外殼，于2022年12月創下最新紀錄。當外殼蒸發時，它驅使燃料向內，同時碳原子向外飛出。這產生了沖擊波，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，但每個都有一個故意的缺陷:燃料進入的填充管。研究人員解釋說，就像一根稻草卡在壓碎的橙子中一樣，當壓縮開始時，這是最有可能形成渦環引導的射流的地方。
“聚變實驗發生得如此之快，以至于我們真的只需要將噴流的形成延遲幾納秒，”U-M大學機械工程副教授埃里克·約翰森說，他負責監督這項研究。
這項研究匯集了Wadas和Johnsen的流體力學專業知識，以及核工程和放射科學副教授Carolyn Kuranz實驗室的核和等離子體物理知識。
“在高能量密度物理學中，許多研究指出了這些結構，但沒有明確地將它們識別為渦環，”Wadas說。
Wadas和Johnsen對聚變實驗和天體物理觀測中看到的結構的深入研究有所了解，他們能夠利用和擴展現有的知識，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，當恒星爆炸時，渦環可能有助于推動重元素和輕元素之間的混合，因為一定發生了一些混合過程，從而產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可以攜帶的能量極限，以及在流動變得湍流并因此更難建模之前可以推動多少流體。在正在進行的工作中，該團隊正在通過實驗驗證渦環模型。
這項研究發表在《物理評論快報》雜志上。

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