9 آگوست 2025، عکس از نویسنده: امان تریپاتی -این کشف می‌تواند به پیشرفت فناوری همجوشی هسته‌ای کمک کند. (تصویر نمایشی) -مونتی راکوسن/گتی ایمیجز
محققان کره جنوبی اثبات تجربی «جفت شدن چند مقیاسی» در پلاسما را ارائه داده‌اند. این مطالعه نشان می‌دهد که چگونه رویدادهای میکروسکوپی می‌توانند باعث تغییرات در مقیاس بزرگ در این حالت ماده شوند.
یکی از چالش‌ها در فیزیک پلاسما، درک جفت شدن چند مقیاسی بوده است، فرآیندی که در آن آشفتگی سطح ذرات افزایش می‌یابد تا کل سیستم پلاسما را تحت تأثیر قرار دهد.
محققان در یک مطالعه جدید گفتند: «جفت شدن در مقیاس‌های مختلف از مقیاس‌های مگنتوهیدرودینامیک (MHD) به مقیاس‌های غیر مگنتوهیدرودینامیک در تفسیر مشاهدات رویدادهای انفجاری در طبیعت مهم است.با این حال، چگونگی تأثیر این فیزیک چند مقیاسی بر شروع ناگهانی اتصال مجدد هنوز ناشناخته است.»
این یافته‌ها پیامدهایی برای توسعه فناوری همجوشی هسته‌ای و تحقیقات اخترفیزیک دارد.
این تحقیق بر پلاسما، حالتی از ماده که در آن دمای بالا باعث جدا شدن الکترون‌ها از هسته‌های اتمی و ایجاد محیطی از ذرات باردار می‌شود، تمرکز دارد.
این مطالعه با هدف نشان دادن یک ارتباط مستقیم و علّی بین فعالیت میکروسکوپی و تغییرات ساختاری ماکروسکوپی انجام شد، پدیده‌ای که به طور کامل توسط نظریه‌های مگنتوهیدرودینامیک (MHD) موجود که پلاسما را به عنوان یک سیال رسانای واحد در نظر می‌گیرند، توضیح داده نمی‌شود.
این تیم آزمایش خود را با استفاده از دستگاه آزمایشگاهی همجوشی هسته‌ای کروی چنبره ای (VEST) در دانشگاه ملی سئول انجام داد.این مطالعه توضیح داد: «این آزمایش با استفاده از دو طناب شار در یک پیکربندی میدان مغناطیسی مارپیچی سه‌بعدی (3D) در توروس کروی آزمایش چندمنظوره (VEST) انجام می‌شود. دو پرتو الکترونی جداگانه در امتداد خطوط میدان مغناطیسی پرتاب می‌شوند و طناب‌های شار جداگانه‌ای را با سرعت رانش بالاتر از سرعت آلفون محیط تشکیل می‌دهند که به طور مؤثر تلاطم مغناطیسی را از طریق ناپایداری‌های ناشی از پرتو هدایت می‌کنند.»
نتایج تجربی با استفاده از شبیه‌سازی‌های ذرات که بر روی یک ابررایانه در KFE اجرا می‌شوند، تجزیه و تحلیل و اعتبارسنجی شدند.این آزمایش توالی واضحی از رویدادها را نشان داد. تلاطم ریز القایی منجر به فرآیندی به نام اتصال مجدد مغناطیسی شد، که در آن خطوط میدان مغناطیسی دوباره پیکربندی شدند و انرژی مغناطیسی را به انرژی حرارتی تبدیل کردند. این رویداد اتصال مجدد، به نوبه خود، باعث شد که دو طناب شار جداگانه در یک ساختار واحد و بزرگتر ادغام شوند.
محققان تأکید کردند: «مشاهدات تجربی، از جمله ظهور ذرات پرانرژی، افزایش دمای یون و تغییرات در ویژگی‌های طناب‌های شار، نشان می‌دهد که تلاطم ناشی از پرتو، اتصال مجدد سه‌بعدی (3D) را هدایت می‌کند. تا جایی که ما می‌دانیم، اتصال مجدد سه‌بعدی با افزایش توان تلاطم در رژیم غیر MHD برای اولین بار مشاهده می‌شود.»
این نتیجه نشان داد که تلاطم ناشی از سطح ذرات می‌تواند مستقیماً تعادل در مقیاس بزرگ یک سیستم پلاسما را تغییر دهد. فرآیند مشاهده شده شامل مراحل تولید تلاطم، ادغام طناب، فروپاشی تعادل و تشکیل مجدد بود.
برای توسعه همجوشی هسته‌ای، این یافته درک دقیق‌تری از پایداری پلاسما ارائه می‌دهد. کنترل پلاسما یک الزام برای حفظ یک واکنش همجوشی است و دانش در مورد اینکه چگونه تلاطم می‌تواند باعث تغییرات در مقیاس بزرگ شود، می‌تواند به استراتژی‌هایی برای حفظ حالت پایدار کمک کند.
در اخترفیزیک، نتایج ممکن است به توضیح داده‌های مشاهده‌ای کمک کند. طیف‌های انرژی اندازه‌گیری شده در طول اتصال مجدد مغناطیسی آزمایش مشابه طیف‌های مشاهده شده در محیط‌های پلاسمای کیهانی، مانند شعله‌های خورشیدی، بودند. بنابراین، یافته‌های آزمایشگاهی می‌توانند به عنوان مدلی برای مطالعه چنین رویدادهای نجومی عمل کنند.
این مطالعه نتیجه‌گیری کرد: «رشته های شار مغناطیسی، که ساختارهای حامل جریان پلاسمای تعبیه شده در یک میدان مغناطیسی هستند، نقش مهمی در پلاسماهای اخترفیزیکی و آزمایشگاهی ایفا می‌کنند.»
