Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Bioinspirowane urządzenie do wytwarzania plazmy w wodzie
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Nauki przyrodnicze
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Przed dziewięcioma dniami, 12 lutego, tokamak WEST z francuskiego centrum badawczego Cadarache utrzymał plazmę przez 1337 sekund, bijąc w ten sposób niedawny chiński rekord 1066 sekund. Ostatecznym celem tego typu badań jest opracowanie metod długotrwałego utrzymania plazmy oraz stworzenie materiałów zdolnych wytrzymania niezwykle wysokich temperatur i dawek promieniowania.
Badacze z CEA (Komisja energii atomowej), do którego należy Cadarache zapowiadają, że w najbliższych miesiącach znacząco zwiększą zarówno czas utrzymania plazmy, jak i jej temperaturę. Podczas rekordowego eksperymentu plazma w tokamaku była grzana falami radiowymi z pojedynczej anteny o mocy 2 MW. Badacze postawili sobie ambitny cel. Chcą zwiększyć moc grzewczą do 10 MW, wciąż utrzymując plazmę przez ponad 1000 sekund. Jeśli im się uda, będzie to odpowiadało uzyskaniu mocy rzędu gigawatów w dużych reaktorach, takich jak ITER. A to z kolei pozwoli sprawdzić żywotność wolframowych elementów wystawionych na oddziaływanie plazmy w tak ekstremalnych warunkach. Francuscy eksperci wchodzą w skład wielu zespołów pracujących nad opanowaniem fuzji jądrowej. Można ich spotkać przy projektach JT-60SA w Japonii, EAST w Chinach, KSTAR w Korei Południowej oraz, oczywiście, ITER.
Badania prowadzone we wspomnianych tutaj urządzeniach maja na celu opanowanie fuzji jądrowej i zapewnienie nam w przyszłości niezbędnej energii. Fuzja jądrowa – czyli reakcja termojądrowa – to obiecujące źródło energii. Polega ona na łączeniu się atomów lżejszych pierwiastków w cięższe i uwalnianiu energii. To proces, który zasila gwiazdy. Taki sposób produkcji energii na bardzo wiele zalet. Nie dochodzi tutaj do uwalniania gazów cieplarnianych. Na Ziemi są olbrzymie zasoby i wody i litu, z których można pozyskać paliwo do fuzji jądrowej, deuter i tryt. Wystarczą one na miliony lat produkcji energii. Takiego luksusu nie mamy ani jeśli chodzi o węgiel czy gaz ziemny, ani o uran do elektrowni atomowych. Tego ostatniego wystarczy jeszcze na od 90 (według World Nuclear Association) do ponad 135 lat (wg. Agencji Energii Atomowej). Fuzja jądrowa jest niezwykle wydajna. Proces łączenia atomów może zapewnić nawet 4 miliony razy więcej energii niż reakcje chemiczne, takie jak spalanie węgla czy gazu i cztery razy więcej energii niż wykorzystywane w elektrowniach atomowych procesy rozpadu atomów.
Co ważne, w wyniku fuzji jądrowej nie powstają długotrwałe wysoko radioaktywne odpady. Te, które powstają są na tyle mało radioaktywne, że można by je ponownie wykorzystać lub poddać recyklingowi po nie więcej niż 100 latach. Nie istnieje też ryzyko proliferacji broni jądrowej, gdyż w procesie fuzji nie używa się materiałów rozszczepialnych, a radioaktywny tryt nie nadaje się do produkcji broni. Nie ma też ryzyka wystąpienia podobnych awarii jak w Czernobylu czy Fukushimie. Jednak fuzja jądrowa to bardzo delikatny proces, który musi przebiegać w ściśle określonych warunkach. Każde ich zakłócenie powoduje, że plazma ulega schłodzeniu w ciągu kilku sekund i reakcja się zatrzymuje.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Astronomowie odkryli wielką galaktykę radiową ze strumieniami plazmy rozciągającymi się na odległość 32-krotnie większą niż średnica Drogi Mlecznej. Kosmiczna megastruktura o średnicy 3,3 miliona lat świetlnych została odkryta przez międzynarodowy zespół astronomów korzystających z południowoafrykańskiego teleskopu MeerKAT. Autorzy badań mają nadzieję, że rzucą one nieco światła na pochodzenie i ewolucję olbrzymich struktur we wszechświecie.
Wielkie galaktyki radiowe (GRG) to duże struktury wystrzeliwujące w przestrzeń kosmiczną dżety plazmy na odległość milionów lat świetlnych. Strumienie te napędzane są przez supermasywne czarne dziury znajdujące się w centrum galaktyk. Jeszcze do niedawna sądzono, że GRG są dość rzadkie. Jednak nowa generacja radioteleskopów, takich jak MeerKAT, pokazała, jak mylne było to przekonanie. W ciągu ostatnich pięciu lat liczba znanych nam GRG dosłownie eksplodowała, dzięki nowym potężnym teleskopom jak MeerKAT, mówi główna autorka badań, studentka Uniwersytetu w Kapsztadzie Kathleen Charlton.
Nowo odkryta galaktyka została nazwana nieoficjalnie „Inkathazo”, co w językach zulu i xhosa znaczy „kłopoty”, gdyż naukowcy mieli problemy ze zrozumieniem procesów tam zachodzących. Nie ma ona takich samych charakterystyk jak wiele innych wielkich galaktyk radiowych. Na przykład dżety plazmy mają niezwykły kształt. Zamiast być proste, jeden z nich jest zagięty.
Inkathazo znajduje się w centrum gromady galaktyk, tymczasem zwykle GRG są izolowane. Gromada powinna przeszkadzać w powstaniu tak rozległych strumieni plazmy. To fascynujące i niespodziewane odkrycie. Znalezienie GRG w gromadzie każe zadać sobie pytania o wpływ interakcji w lokalnym środowisku na formowanie się i ewolucję GRG, dodaje współautor badań, doktor Kshitiji Thorat z Uniwersytetu w Pretorii.
Naukowcy wykorzystali MeerKAT do stworzenia jednej z najdokładniejszych map GRG. Ujawniły on złożoność dżetów plazmy wydobywających się z galaktyki. Okazało się na przykład, że niektóre elektrony niespodziewanie otrzymują duże dawki energii. Być może dzieje się tak, gdy strumień plazmy zderzy się z gorącym gazem w przestrzeniach pomiędzy galaktykami w gromadzie. Nowe odkrycie to wyzwanie dla obecnie obowiązujących modeli. Pokazuje ono, że nie rozumiemy wielu ze zjawisk fizycznych dotyczących plazmy w tak ekstremalnych środowiskach.
Co ciekawe, na niewielkim skrawku nieboskłonu, na którym odkryto Inkathazo, wcześniej znaleziono też dwie inne GRG. Sam fakt, że kierując MeerKAT na niewielki skrawek nieba znaleźliśmy tam w sumie 3 GRG sugeruje, że na południowym nieboskłonie znajduje się olbrzymia liczba nieodkrytych jeszcze wielkich galaktyk radiowych, stwierdza doktor Jacinta Delhaize z Uniwersytetu w Kapsztadzie.
MeerKAT niejednokrotnie dowiódł swoich olbrzymich możliwości, a trzeba pamiętać, że jest on zaledwie prekursorem SKA (Square Kilometre Array), zespołu teleskopów w Australii i RPA. SKA ma rozpocząć badania jeszcze przed końcem obecnej dekady.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W Kwintecie Stephana, na galaktycznym skrzyżowaniu, w którym dawne kolizje galaktyk pozostawiły po sobie liczne szczątki, dochodzi właśnie do kolejnego zderzenia. Bierze w nim udział galaktyka pędząca z prędkością 3,2 milionów km/h. Kolizję, w bezprecedensowej rozdzielczości, zaobserwował międzynarodowy zespół naukowy korzystający z William Herschel Telescope Enhaced Area Velocity Explorer (WEAVE). To supernowoczesny spektrograf, zamontowany przed dwoma laty na William Herschel Telescope na Wyspach Kanaryjskich.
Zderzenie zostało spowodowane przez galaktykę NGC 7318b, która przedziera się przez Kwintet. W jego efekcie powstała potężna fala uderzeniowa, podobna do fali, jaka ma miejsce, gdy samolot przekracza barierę dźwięku.
Kwintet Stephana został odkryty około 150 lat temu. To grupa powiązanych ze sobą grawitacyjnie pięciu galaktyk. Cztery z nich znajdują się w odległości około 290 milionów lat świetlnych od nas, piąta położona jest w odległości 40 milionów lś. Kwintet jest idealnym naturalnym laboratorium służącym do badań interakcji pomiędzy galaktykami. Nic więc dziwnego, że stał się pierwszym celem obserwacyjnym WEAVE.
Doktor Marina Arnaudova z University of Hertfordshire, która stoi na czele grupy badawczej, mówi, że Kwintet nie tylko doświadcza kolejnego w swej historii potężnego zderzenia, ale dzięki niemu astronomowie odkryli podwójną naturę fali uderzeniowej. W miarę, jak wędruje ona przez zimy gaz, ma prędkość hipersoniczną, w medium międzygalaktycznym Kwintetu porusza się z prędkością kilkunastokrotnie większą od prędkości dźwięku. Fala jest tak potężna, że wyrywa elektrony z atomów, pozostawiając za sobą świecący gaz, który obserwujemy za pomocą WEAVE. Jednak gdy fala przechodzi przez otaczający Kwintet gorący gaz, staje się znacznie słabsza. Zamiast dokonywać w nim zniszczeń, fala kompresuje gaz, co prowadzi do pojawienia się emisji w zakresie fal radiowych, którą rejestrują radioteleskopy, takie jak Low Frequency Array (LOFAR), doaje doktorant Soumyadeep Das.
Nowe, niezwykle szczegółowe informacje, zebrano dzięki połączeniu danych z WEAVE, LOFAR, Very Large Array i Teleskopu Jamesa Webba. Eksperci są przede wszystkim zachwyceni możliwościami WEAVE. Maja nadzieję, że nowy instrument zrewolucjonizuje naszą wiedzę o wszechświecie. Już ta pierwsza praca naukowa powstała za jego pomocą pokazała, jak wielki potencjał tkwi w spektrografie.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W jednym z laboratoriów na Imperial College London odtworzono wirujący dysk plazmy, z tych, jakie otaczają czarne dziury i tworzące się gwiazdy. Eksperyment pozwala lepiej modelować procesy, zachodzące w takich dyskach, a naukowcy mają nadzieję, że dzięki temu dowiedzą się, jak rosną czarne dziury i powstają gwiazdy.
Gdy materia zbliża się do czarnej dziury, jest rozgrzewana i staje się plazmą, czwartym stanem materii składającym się z naładowanych jonów i wolnych elektronów. Zaczyna też się obracać, tworząc dysk akrecyjny. W wyniku obrotu powstają siły odśrodkowe odrzucające plazmę na zewnątrz, jednak siły te równoważy grawitacja czarnej dziury.
Naukowcy chcą poznać odpowiedź na pytanie, w jaki sposób czarna dziura rośnie, skoro materia – w formie plazmy – pozostaje na jej orbicie. Najbardziej rozpowszechniona teoria mówi, że niestabilności w polu magnetycznym plazmy prowadzą do pojawienia się tarcia, plazma traci energię i wpada do czarnej dziury.
Dotychczas mechanizm ten badano za pomocą ciekłych wirujących metali. Za ich pomocą sprawdzano, co dzieje się, gdy pojawi się pole magnetyczne. Jednak metale te zamknięte są w rurach, co nie oddaje w pełni swobodnie poruszającej się plazmy.
Doktor Vincente Valenzuela-Villaseca i jego zespół wykorzystali urządzenie Mega Ampere Generator for Plasma Implosion Experiments (MAGPIE) do stworzenia wirującego dysku plazmy. Za jego pomocą przyspieszyli osiem strumieni plazmy i doprowadzili do ich zderzenia, w wyniku czego powstała obracająca się kolumna plazmy. Odkryli, że im bliżej środka, tym plazma porusza się szybciej. To ważna cecha dysków akrecyjnych.
MAGPIE generuje krótkie impulsy plazmy, przez co w utworzonym dysku dochodziło tylko do jednego obrotu. Jednak liczbę obrotów będzie można zwiększyć wydłużając czas trwania impulsów plazmy. Przy dłużej istniejących dyskach możliwe będzie też zastosowanie pól magnetycznych i zbadanie ich wpływu na plazmę. Zaczynamy badać dyski akrecyjne w nowy sposób, zarówno za pomocą Teleskopu Horyzontu Zdarzeń, jak i naszego eksperymentu. Pozwoli nam to przetestować różne teorie i sprawdzić, czy zgadzają się one z obserwacjami, mówi Valenzuela-Villaseca.
Ze szczegółami badań można zapoznać się na łamach Physical Review Letters.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Wyniesienie ładunku w przestrzeń kosmiczną wymaga olbrzymich ilości paliwa. Loty pozaziemskie są przez to niezwykle kosztowne. Jednak nowy rodzaj silnika, zwanego silnikiem rakietowy z rotującą detonacją (RDRE – rotating detonation engine), może spowodować, że rakiety nie tylko będą zużywały mniej paliwa, ale będą też lżejsze i mniej skomplikowane. Problem jednak w tym, że w chwili obecnej silnik taki jest zbyt nieprzewidywalny, by zastosować go w praktyce.
Naukowcy z University of Washington opublikowali na łamach Physical Review E opracowany przez siebie matematyczny model pracy takiego silnika. Dzięki temu inżynierowie mogą po raz pierwszy stworzyć testy pozwalające na udoskonalenie RDRE i spowodowanie, by były one bardziej stabilne.
Badania nad silnikami rakietowymi z rotującą detonacją wciąż znajdują się na wczesnym etapie. Mamy olbrzymią ilość danych na temat tych silników, ale wciąż nie rozumiemy, jak to wszystko działa. Spróbowałem na nowo przepisać nasze dane, ale patrząc na nie pod kątem występujących wzorców, a nie z inżynieryjnego punktu widzenia i nagle okazało się, że to działa, mówi główny autor badań, doktorant James Koch.
Konwencjonalny silnik rakietowy spala paliwo i wyrzuca je z tyłu, by uzyskać ciąg. RDRE spala paliwo w inny sposób. Składa się z koncentrycznych cylindrów. Paliwo wpływa pomiędzy cylindry i tam zostaje zapalone, co powoduje gwałtowne uwolnienie się ciepła w postaci fali uderzeniowej. To silny impuls pochodzący z gazów o znacznie wyższej temperaturze i ciśnieniu, który porusza się szybciej niż prędkość dźwięku, wyjaśnia Koch.
Proces spalania to tak naprawdę eksplozja, ale po tym pierwszym gwałtownym impulsie można tam zaobserwować liczne stabilne impulsy, podczas których spalane jest paliwo. Generowane są w ten sposób wysokie ciśnienie i temperatura, które generują ciąg, dodaje.
W konwencjonalnych silnikach mamy ponadto liczne podzespoły odpowiedzialne za kierowanie i kontrolowanie reakcji spalania tak, by można było ją wykorzystać do uzyskania ciągu. Jednak w RDRE te wszystkie podzespoły nie są potrzebne. Napędzana procesem spalania fala uderzeniowa w sposób naturalny przemieszcza się w komorze spalania. Minusem tego rozwiązania jest fakt, że nie można tego kontrolować. Gdy już wybuchnie, to reszta toczy się swoją drogą. To bardzo gwałtowny proces, dodaje Koch.
Uczeni, chcąc stworzyć matematyczny model pracy takiego silnika, zbudowali taki niewielki silnik. Próbowali kontrolować różne jego parametry, takie jak np. rozmiary przestrzeni pomiędzy cylindrami. Wszystko nagrywali za pomocą szybkiej kamery. Mimo, że każdy z eksperymentów trwał jedynie 0,5 sekundy, to dzięki kamerze pracującej z prędkością 240 000 klatek na sekundę, byli w stanie szczegółowo obserwować cały proces. Na tej podstawie powstał opisujący go model matematyczny.
To jedyny istniejący model opisujący zróżnicowane i złożone dynamiczne procesy zachodzące w silniku rakietowym z rotującą detonacją, mówi profesor matematyki J. Nathan Kutz.
Model nie jest jeszcze gotowy do wykorzystania przez inżynierów. Moim zadaniem było jedynie odtworzenie zachowania impulsów, które widzieliśmy podczas eksperymentów. Upewnienie się, że wyniki obliczeń są takie same, jak wyniki eksperymentów. Zidentyfikowałem główne zjawiska fizyczne i określiłem ich interakcje. Teraz mogę dokonać opisu ilościowego. Gdy już będzie on gotowy, możemy zacząć dyskusje na temat ulepszania silnika, wyjaśnia Koch.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.