ஒரு புதிய மற்றும் தனித்துவமான இணைவு உலை

பிரின்ஸ்டன் பிளாஸ்மா இயற்பியல் ஆய்வகம் (PPPL) — எரிசக்தி துறை (DOE) மூலம் நிதியளிக்கப்பட்ட அமெரிக்க தேசிய ஆய்வகம் — செவில்லே பல்கலைக்கழகத்தில் ஒரு புதிய இணைவு சாதனத்தின் வடிவமைப்பு மற்றும் மேம்பாட்டில் ஒத்துழைப்பது உட்பட பல முயற்சிகளை முன்னெடுத்து வருகிறது. ஸ்பெயினில். Small Aspect Ratio Tokamak (SMART) ஆனது PPPL கணினி குறியீடுகள் மற்றும் காந்தவியல் மற்றும் சென்சார் அமைப்புகளில் ஆய்வகத்தின் நிபுணத்துவம் ஆகியவற்றிலிருந்து வலுவாகப் பலனடைகிறது.

“ஸ்மார்ட் திட்டமானது இணைவு மூலம் முன்வைக்கப்படும் சவால்களைத் தீர்ப்பதற்கும், நாம் ஏற்கனவே கற்றுக்கொண்டதை அடுத்த தலைமுறைக்குக் கற்பிப்பதற்கும் நாம் அனைவரும் ஒன்றிணைந்து செயல்படுவதற்கு ஒரு சிறந்த எடுத்துக்காட்டு” என்று தேசிய கோள டோரஸ் பரிசோதனை-மேம்படுத்தலுக்கான PPPL இன் ஆராய்ச்சி துணை இயக்குநர் ஜாக் பெர்கெரி கூறினார். NSTX-U) மற்றும் SMART உடனான PPPL ஒத்துழைப்புக்கான முதன்மை ஆய்வாளர். “இதை நாம் அனைவரும் ஒன்றாகச் செய்ய வேண்டும் அல்லது அது நடக்காது.”

செவில்லே பல்கலைக்கழகத்தின் அணு, மூலக்கூறு மற்றும் அணு இயற்பியல் துறையின் பேராசிரியர்களான மானுவல் கார்சியா-முனோஸ் மற்றும் எலியோனோரா வைஸர் மற்றும் பிளாஸ்மா சயின்ஸ் அண்ட் ஃப்யூஷன் டெக்னாலஜி லேப் மற்றும் ஸ்மார்ட் டோகாமாக் திட்டத்தின் இணைத் தலைவர்கள், பிபிபிஎல் போன்றது. அவர்களின் முதல் டோகாமாக் பரிசோதனைக்கு சிறந்த பங்குதாரர். அடுத்த கட்டமாக அவர்கள் எந்த வகையான டோகாமாக் கட்ட வேண்டும் என்பதை முடிவு செய்தனர். “இது ஒரு பல்கலைக்கழகம் வாங்கக்கூடிய ஒன்றாக இருக்க வேண்டும், ஆனால் பல்கலைக்கழக அளவில் இணைவு நிலப்பரப்புக்கு ஒரு தனித்துவமான பங்களிப்பை வழங்கக்கூடிய ஒன்றாக இருக்க வேண்டும்” என்று கார்சியா-முனோஸ் கூறினார். “ஏற்கனவே நிறுவப்பட்ட தொழில்நுட்பங்களை ஒன்றிணைப்பதே யோசனையாக இருந்தது: ஒரு கோள டோகாமாக் மற்றும் எதிர்மறை முக்கோணத்தன்மை, SMART ஐ அதன் வகையான முதல் ஆக்குகிறது. இது ஒரு அருமையான யோசனையாக மாறியது.”

SMART எளிதாக நிர்வகிக்கக்கூடிய இணைவு பிளாஸ்மாவை வழங்க வேண்டும்

முக்கோணத்தன்மை என்பது டோகாமக்குடன் தொடர்புடைய பிளாஸ்மாவின் வடிவத்தைக் குறிக்கிறது. ஒரு டோகாமாக்கில் உள்ள பிளாஸ்மாவின் குறுக்குவெட்டு பொதுவாக பெரிய எழுத்து D போல வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது. D இன் நேரான பகுதி டோகாமாக்கின் மையத்தை எதிர்கொள்ளும் போது, ​​அது நேர்மறை முக்கோணத்தைக் கொண்டிருப்பதாகக் கூறப்படுகிறது. பிளாஸ்மாவின் வளைந்த பகுதி மையத்தை எதிர்கொள்ளும் போது, ​​பிளாஸ்மா எதிர்மறை முக்கோணத்தைக் கொண்டுள்ளது.

கார்சியா-முனோஸ், எதிர்மறை முக்கோணத்தன்மை மேம்பட்ட செயல்திறனை வழங்க வேண்டும், ஏனெனில் இது பிளாஸ்மாவிலிருந்து துகள்கள் மற்றும் ஆற்றலை வெளியேற்றும் உறுதியற்ற தன்மைகளை அடக்கி, டோகாமாக் சுவருக்கு சேதம் ஏற்படுவதைத் தடுக்கிறது. “இது எதிர்கால கச்சிதமான இணைவு உலைகளுக்கான கவர்ச்சிகரமான இணைவு செயல்திறன் மற்றும் சக்தி கையாளுதலுடன் ஒரு சாத்தியமான கேம் சேஞ்சர்” என்று அவர் கூறினார். “எதிர்மறை முக்கோணமானது பிளாஸ்மாவுக்குள் குறைந்த அளவிலான ஏற்ற இறக்கங்களைக் கொண்டுள்ளது, ஆனால் அது வெப்ப வெளியேற்றத்தை விநியோகிக்க ஒரு பெரிய திசைமாற்றி பகுதியையும் கொண்டுள்ளது.”

SMART இன் கோள வடிவம் பிளாஸ்மாவை டோனட் வடிவமாக இருந்தால் அதைக் காட்டிலும் அதைக் கட்டுப்படுத்தும். பிளாஸ்மா அடைப்பின் அடிப்படையில் வடிவம் முக்கியமானது. அதனால்தான் NSTX-U, PPPL இன் முக்கிய இணைவு பரிசோதனை, மற்ற சில டோகாமாக்களைப் போல குந்து அல்ல: ரவுண்டர் வடிவம் பிளாஸ்மாவை கட்டுப்படுத்துவதை எளிதாக்குகிறது. எதிர்மறை முக்கோணத்தன்மை எனப்படும் குறிப்பிட்ட பிளாஸ்மா வடிவத்தின் திறனை முழுமையாக ஆராயும் முதல் கோள டோகாமாக் ஸ்மார்ட் ஆகும்.

கணினி குறியீடுகளில் PPPL இன் நிபுணத்துவம் அவசியம் என்பதை நிரூபிக்கிறது

PPPL ஆனது கோள டோகாமாக் ஆராய்ச்சியில் தலைமைத்துவத்தின் நீண்ட வரலாற்றைக் கொண்டுள்ளது. செவில்லே பல்கலைக்கழக இணைவுக் குழு முதலில் PPPLஐத் தொடர்புகொண்டு, TRANSP இல் SMART ஐச் செயல்படுத்த, இது ஆய்வகத்தால் உருவாக்கப்பட்டு பராமரிக்கப்படும் உருவகப்படுத்துதல் மென்பொருளாகும். இங்கிலாந்தில் உள்ள Tokamak எனர்ஜி போன்ற தனியார் முயற்சிகள் உட்பட டஜன் கணக்கான வசதிகள் TRANSPஐப் பயன்படுத்துகின்றன.

“பிபிபிஎல் இணைவு உருவகப்படுத்துதல் உட்பட பல, பல பகுதிகளில் உலகத் தலைவராக உள்ளது; TRANSP அவர்களின் வெற்றிக்கு ஒரு சிறந்த எடுத்துக்காட்டு” என்று கார்சியா-முனோஸ் கூறினார்.

மரியோ பொடெஸ்டா, PPPL இன் முன்பு, பிளாஸ்மாவை சூடாக்குவதற்குப் பயன்படுத்தப்படும் நடுநிலை கற்றைகளின் உள்ளமைவைத் தீர்மானிக்க செவில் பல்கலைக்கழகத்திற்கு உதவுவதில் ஒருங்கிணைந்தவர். அந்த வேலை பத்திரிகையில் வெளியிடப்பட்ட ஒரு தாளில் முடிந்தது பிளாஸ்மா இயற்பியல் மற்றும் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட இணைவு.

NSTX-U க்கான ஆராய்ச்சி இயக்குநரான ஸ்டான்லி கேய், இப்போது டீகோ ஜோஸ் க்ரூஸ்-ஜபாலா, EUROfusion Bernard Bigot Researcher Fellow, SMART குழுவைச் சேர்ந்த, TRANSP “ஐப் பயன்படுத்தி, பிளாஸ்மா நேர்மறை வடிவங்களை அடைவதற்குத் தேவையான வடிவமைக்கும் சுருள் நீரோட்டங்களைத் தீர்மானிக்கிறார். செயல்பாட்டின் வெவ்வேறு கட்டங்களில் முக்கோணமும் எதிர்மறை முக்கோணமும்.” முதல் கட்டத்தில், “மிக அடிப்படையான” பிளாஸ்மாவை உள்ளடக்கியதாக கேய் கூறினார். இரண்டாம் கட்டத்தில் பிளாஸ்மாவை சூடாக்கும் நடுநிலை கற்றைகள் இருக்கும்.

தனித்தனியாக, எதிர்கால ஸ்மார்ட் பிளாஸ்மாக்களின் நிலைத்தன்மையை மதிப்பிடுவதற்கு பிற கணினி குறியீடுகள் பயன்படுத்தப்பட்டன, பெர்கெரி, முன்னாள் இளங்கலைப் பயிற்சியாளர் ஜான் லேபேட், இப்போது கொலம்பியா பல்கலைக்கழகத்தில் பட்டதாரி மாணவராக உள்ளார், மற்றும் செவில்லே பல்கலைக்கழகத்தின் முன்னாள் பட்டதாரி மாணவர் Jesús Domínguez-Palacios. ஒரு அமெரிக்க நிறுவனத்திற்கு மாற்றப்பட்டது. ஒரு புதிய தாள் அணு இணைவு Domínguez-Palacios இந்த வேலையைப் பற்றி விவாதிக்கிறார்.

நீண்ட காலத்திற்கு நோயறிதலை வடிவமைத்தல்

SMART மற்றும் PPPL இடையேயான ஒத்துழைப்பு ஆய்வகத்தின் நிபுணத்துவத்தின் முக்கியப் பகுதிகளில் ஒன்று: கண்டறிதல், பிளாஸ்மாவை மதிப்பிடுவதற்கான சென்சார்கள் கொண்ட சாதனங்கள். இது போன்ற பல கண்டறிதல்கள் PPPL ஆராய்ச்சியாளர்களால் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன. PPPL இயற்பியலாளர்கள் மஞ்சித் கவுர் மற்றும் அஹ்மத் டியல்லோ, Viezzer உடன் இணைந்து, SMART இன் தாம்சன் சிதறல் கண்டறிதலின் வடிவமைப்பை முன்னெடுத்து வருகின்றனர். இதழில் வெளியிடப்பட்ட ஒரு புதிய ஆய்வறிக்கையில் விவரிக்கப்பட்டுள்ளபடி, இணைவு எதிர்வினைகளின் போது இந்த நோயறிதல் பிளாஸ்மா எலக்ட்ரான் வெப்பநிலை மற்றும் அடர்த்தியை துல்லியமாக அளவிடும். அறிவியல் கருவிகளின் ஆய்வு. இந்த அளவீடுகள் செவில்லே, குரூஸ்-ஜபாலா மற்றும் வைஸர் பல்கலைக்கழகத்தின் பட்டதாரி மாணவரான அல்போன்சோ ரோட்ரிக்ஸ்-கோன்சாலஸ் என்பவரால் உருவாக்கப்பட்ட சார்ஜ் எக்ஸ்சேஞ்ச் ரீகாம்பினேஷன் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி தொகுப்பு எனப்படும் கண்டறிதல் மூலம் வழங்கப்படும் அயனி வெப்பநிலை, சுழற்சி மற்றும் அடர்த்தி அளவீடுகளுடன் பூர்த்தி செய்யப்படும்.

“இந்த நோயறிதல்கள் பல தசாப்தங்களாக இயங்கும், எனவே நாங்கள் கணினியை வடிவமைக்கும்போது, ​​​​அதை மனதில் வைத்துக்கொள்வோம்” என்று கவுர் கூறினார். வடிவமைப்புகளை உருவாக்கும் போது, ​​​​அடுத்த சில தசாப்தங்களில் ஸ்மார்ட் அடையக்கூடிய வெப்பநிலை வரம்புகளைக் கண்டறிதல் முக்கியமானது மற்றும் ஆரம்ப, குறைந்த மதிப்புகள் மட்டுமல்ல, அவர் கூறினார்.

திட்டத்தின் தொடக்கத்திலிருந்தே தாம்சன் சிதறல் கண்டறியும் கருவியை கவுர் வடிவமைத்தார், அதன் பல்வேறு துணைப் பகுதிகளைத் தேர்ந்தெடுத்து வாங்கினார், லேசர் வேலைக்கு மிகவும் பொருத்தமானது என்று அவர் உணர்ந்தார். ஸ்பெயினில் இருந்து கோன்சலோ ஜிமெனெஸ் மற்றும் வைஸர் தனது புகைப்படங்களை அனுப்பியபோது லேசர் சோதனைகள் எவ்வளவு சிறப்பாக நடந்தன என்பதை கண்டு அவள் பரவசமடைந்தாள். சோதனையில் லேசரை ஒரு பெஞ்சில் அமைத்து, அதை ஆராய்ச்சியாளர்கள் “பேப்பரை எரிக்கவும்” என்று அழைக்கும் சிறப்பு காகிதத்தோலில் சுடுவது அடங்கும். லேசர் சரியாக வடிவமைக்கப்பட்டிருந்தால், தீக்காயங்கள் ஒப்பீட்டளவில் மென்மையான விளிம்புகளுடன் வட்டமாக இருக்கும். “ஆரம்ப லேசர் சோதனை முடிவுகள் மிகவும் அழகாக இருந்தன,” என்று அவர் கூறினார். “இப்போது, ​​நோயறிதலைப் பெறுவதற்கும் இயங்குவதற்கும் மற்ற பகுதிகளைப் பெற நாங்கள் ஆவலுடன் காத்திருக்கிறோம்.”

ஜேம்ஸ் கிளார்க், பிபிபிஎல் ஆராய்ச்சி பொறியாளர், தாம்சன் சிதறல் அமைப்புகளில் முனைவர் பட்ட ஆய்வறிக்கை கவனம் செலுத்தியது, பின்னர் கவுருடன் இணைந்து பணியாற்றினார். “நான் லேசர் பாதை மற்றும் தொடர்புடைய ஒளியியலை வடிவமைத்து வருகிறேன்,” என்று கிளார்க் விளக்கினார். ப்ராஜெக்ட்டின் இன்ஜினியரிங் பக்கத்தில் பணியாற்றுவதோடு, பொருட்களை எப்படி, எப்போது டெலிவரி செய்ய வேண்டும், நிறுவ வேண்டும் மற்றும் அளவீடு செய்ய வேண்டும் என்பதை தீர்மானிப்பதில் கிளார்க் லாஜிஸ்டிக்ஸிலும் உதவியுள்ளார்.

PPPL இன் மேம்பட்ட திட்டங்களின் தலைவர் லூயிஸ் டெல்கடோ-அபாரிசியோ, மேரி ஸ்கொலோடோவ்ஸ்கா-கியூரி சக ஜோவாகின் கால்டன்-குயிரோகா மற்றும் செவில் பல்கலைக்கழக பட்டதாரி மாணவர் ஜீசஸ் சலாஸ்-பார்செனாஸ் ஆகியோருடன் இணைந்து மற்ற இரண்டு வகையான நோயறிதல்களை ஸ்மார்ட்-என்மார்க்-ல் சேர்க்கும் முயற்சியில் ஈடுபட்டுள்ளனர். மென்மையான எக்ஸ்ரே (ME-SXR) கண்டறியும் மற்றும் ஸ்பெக்ட்ரோமீட்டர்கள். ME-SXR ஆனது பிளாஸ்மாவின் எலக்ட்ரான் வெப்பநிலை மற்றும் அடர்த்தியை அளவிடும் ஆனால் தாம்சன் சிதறல் அமைப்பை விட வேறுபட்ட அணுகுமுறையைப் பயன்படுத்தும். ME-SXR ஆனது X-கதிர்களை அளவிடுவதற்கு டையோட்கள் எனப்படும் சிறிய மின்னணு கூறுகளின் தொகுப்புகளைப் பயன்படுத்தும். தாம்சன் சிதறல் கண்டறிதல் மற்றும் ME-SXR ஆகியவை இணைந்து, பிளாஸ்மாவின் எலக்ட்ரான் வெப்பநிலை மற்றும் அடர்த்தியை விரிவாக ஆய்வு செய்யும்.

டோகாமாக்கிற்குள் ஒளியின் வெவ்வேறு அதிர்வெண்களைப் பார்ப்பதன் மூலம், ஸ்பெக்ட்ரோமீட்டர்கள் பிளாஸ்மாவில் உள்ள ஆக்ஸிஜன், கார்பன் மற்றும் நைட்ரஜன் போன்ற அசுத்தங்கள் பற்றிய தகவல்களை வழங்க முடியும். “நாங்கள் ஆஃப்-தி-ஷெல்ஃப் ஸ்பெக்ட்ரோமீட்டர்களைப் பயன்படுத்துகிறோம் மற்றும் அவற்றை இயந்திரத்தில் வைக்க சில கருவிகளை வடிவமைக்கிறோம், சில ஃபைபர் ஆப்டிக்ஸை இணைக்கிறோம்,” என்று டெல்கடோ-அபாரிசியோ கூறினார். மற்றொரு புதிய கட்டுரை வெளியிடப்பட்டது அறிவியல் கருவிகளின் ஆய்வு இந்த நோயறிதலின் வடிவமைப்பைப் பற்றி விவாதிக்கிறது.

பிபிபிஎல் ஆராய்ச்சி இயற்பியலாளர் ஸ்டெபனோ முனாரெட்டோ, செவில்லே பல்கலைக்கழக பட்டதாரி மாணவர் பெர்னாண்டோ பியூன்டெஸ் டெல் போசோ பெர்னாண்டோ தலைமையில் களப்பணியுடன் ஸ்மார்ட் க்கான காந்த கண்டறியும் அமைப்பில் பணியாற்றினார். “நோயறிதல் மிகவும் எளிமையானது” என்று முனாரெட்டோ கூறினார். “இது எதையாவது சுற்றி ஒரு கம்பி காயம். பெரும்பாலான வேலைகளில் சென்சாரின் வடிவவியலை அதன் அளவு, வடிவம் மற்றும் நீளம் ஆகியவற்றைச் சரியாகப் பெறுவது, அது எங்கு இருக்க வேண்டும் என்பதைத் தேர்ந்தெடுப்பது மற்றும் அனைத்து சிக்னல் கண்டிஷனிங் மற்றும் தரவு பகுப்பாய்வு ஆகியவை அடங்கும்.” SMART இன் காந்தவியல் வடிவமைப்பு ஒரு புதிய தாளில் விவரிக்கப்பட்டுள்ளது.

முனாரெட்டோ கூறுகையில், SMART இல் பணிபுரிவது மிகவும் நிறைவானதாக உள்ளது, பெரும்பாலான குழுக்கள் காந்தவியல் கண்டறிதலில் பணிபுரியும் இளம் மாணவர்களால் இந்த துறையில் முந்தைய அனுபவம் குறைவாக உள்ளது. “அவர்கள் கற்றுக்கொள்ள ஆர்வமாக உள்ளனர், மேலும் அவர்கள் நிறைய வேலை செய்கிறார்கள். அவர்களுக்கு பிரகாசமான எதிர்காலத்தை நான் நிச்சயமாகக் காண்கிறேன்.”

டெல்கடோ-அபாரிசியோ ஒப்புக்கொண்டார். “மானுவல் கார்சியா-முனோஸ், எலியோனோரா வைஸர் மற்றும் செவில் பல்கலைக்கழகத்தில் அனுபவம் வாய்ந்த விஞ்ஞானிகள் மற்றும் பேராசிரியர்கள் அனைவருடனும் பணிபுரிந்ததில் நான் மிகவும் மகிழ்ந்தேன், ஆனால் நான் மிகவும் ரசித்தது அவர்கள் அங்குள்ள துடிப்பான மாணவர்களுடன் பணிபுரிவதாகும்.” அவர் கூறினார். “அவர்கள் புத்திசாலிகள் மற்றும் எங்களிடம் உள்ள சவால்களைப் புரிந்துகொள்வதற்கும், முதல் பிளாஸ்மாவைப் பெறுவதற்கு எவ்வாறு முன்னேறுவது என்பதைப் புரிந்துகொள்வதற்கும் எனக்கு சிறிது உதவியுள்ளனர்.”

செவில்லே பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஏற்கனவே டோகாமாக்கில் ஒரு சோதனையை நடத்தியுள்ளனர், இது மைக்ரோவேவ் மூலம் சூடாக்கப்படும் போது ஆர்கானின் இளஞ்சிவப்பு பளபளப்பைக் காட்டுகிறது. இந்த செயல்முறையானது அதிக அழுத்தத்தில் உள்ள மிகவும் அடர்த்தியான பிளாஸ்மாவிற்கு டோகாமக்கின் உள் சுவர்களை தயார் செய்ய உதவுகிறது. தொழில்நுட்ப ரீதியாக, அந்த இளஞ்சிவப்பு பளபளப்பானது பிளாஸ்மாவில் இருந்து வருகிறது, இது மிகவும் குறைந்த அழுத்தத்தில் இருப்பதால், ஆராய்ச்சியாளர்கள் அதை அவர்களின் உண்மையான முதல் டோகாமாக் பிளாஸ்மாவாக கருதவில்லை. 2024 இலையுதிர்காலத்தில் அது நடக்கும் என்று கார்சியா-முனோஸ் கூறுகிறார்.

இந்த ஆராய்ச்சிக்கான ஆதரவு ஒப்பந்த எண் DE-AC02-09CH11466, ஐரோப்பிய ஆராய்ச்சி கவுன்சில் மானிய ஒப்பந்தங்கள் 101142810 மற்றும் 805162, யூரடோம் ஆராய்ச்சி மற்றும் பயிற்சித் திட்ட மானிய ஒப்பந்தம் 101052200-யூரோஃபியூஷன், மற்றும் ஜுண்டா டி ஆண்டலூசா அய்யுடா ஒரு இன்ஃப்ரேஸ்டுரக்டூரஸ் ஒய் ஈக்வெஸ்ட்ரக்டூராஸ் ஒய் எக்செர்பிரக்டூராஸ் ஒய் எக்செர்பிரக்டூரஸ் ஒய் எக்செர்பிரக்டூரஸ் ஒய் எக்செர்பிரக்டூராஸ் I+D+i IE17-5670 மற்றும் Proyectos I+D+i FEDER Andalucía 2014-2020, US-15570.