NSF-BSF: Multi-ion Transport, Rotation, and Turbulence in Hydrodynamic Compression of Z-pinch

NSF-BSF:Z 箍缩流体动力压缩中的多离子输运、旋转和湍流

基本信息

  • 批准号:
    2308829
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 40万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-07-01 至 2027-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

This award supports a collaborative effort between Princeton University and the Weizmann Institute of Science to study turbulence in a magnetized plasma - an ionized gas permeated by magnetic fields - confined in a laboratory experiment called a Z-pinch. Recent theoretical work has predicted new fundamental phenomena in a multi-ion magnetized plasma, or partially ionized plasma, on timescales characteristic of the turbulent plasma evolution. On these timescales, the transport of heat and particles may vary among ion species, with energy residing in the thermal motion of one ionic species or another, or in electrons, or in the turbulent flows. The Weizmann Z-pinch experiment is distinctively positioned to explore these theoretical predictions in the laboratory and to distinguish their unusual features through precision spectroscopic measurements. The Princeton-Weizmann collaboration aspires both to validate the theoretical predictions and to understand any unexpected phenomena uncovered. The fundamental understanding of a magnetized Z-pinch plasma could underpin applications to x-ray generation and nuclear fusion energy development.Precision spectroscopic measurements of a turbulent, imploding Z-pinch plasma at the Weizmann Institute of Science uncovered fundamental, new, and curious plasma effects. Inviscid on time and space scales of interest in ways that usual fluids tend not to be, the Z-pinch plasma at Weizmann serves as a virtual laboratory for unusual viscid and inviscid plasma dynamics. These dynamics, which include the compression of plasma laden with turbulent kinetic energy, have led to the prediction of the sudden viscous dissipation effect in compressing plasma. Further important plasma effects have been predicted by the Princeton team in magnetized multi-species plasma and partially magnetized plasma, including the charge incompressibility heat pump effect and the partial ionization deconfinement effect. These effects can be important: trace impurities can quickly poison fusion reactions or quench radiation generation in an imploding plasma -- and using too many trace impurities can surprisingly render invalid inferences of plasma parameters. Thus, this project's objective is to theoretically refine and experimentally validate the theoretical predictions of charge state profiles in a turbulent Z-pinch plasma.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该奖项支持普林斯顿大学与魏兹曼科学研究所之间的合作努力,以研究磁化等离子体的湍流 - 一种被磁场渗透的电离气体 - 限制在一个名为z木奇的实验室实验中。 最近的理论工作预测了在湍流等离子体演变的时标特征上,多离子磁化等离子体或部分电离等离子体中的新基本现象。 在这些时间尺度上,热和颗粒的运输可能在离子物种之间有所不同,能量属于一种离子物种或另一种或电子的热运动中,或者在湍流中。 Weizmann Z-Pinch实验的定位是探索实验室中这些理论预测的位置,并通过精确的光谱测量来区分它们的异常特征。 普林斯顿 - 韦兹曼(Princeton-Weizmann)的合作既渴望验证理论预测,又要理解任何意外的现象。 对磁化Z pinch等离子体的基本理解可以支持X射线产生和核融合能源开发。在Weizmann科学研究所未覆盖的基本基础,新的,新的等离子体的湍流,内向的Z-Pinch等离子体的光谱测量值。效果。在时间和空间尺度上以通常的流体不存在的方式和空间量表,Weizmann的Z-Pinch等离子体是不寻常的粘性和Inviscid等离子体动力学的虚拟实验室。这些动力学包括负载血浆和湍流动能的压缩,导致预测了压缩血浆中突然的粘性耗散效应。普林斯顿团队在磁化多物种血浆和部分磁化等离子体中预测了进一步的重要血浆效应,包括电荷不压缩性热泵效应和部分电离反登录效应。这些效果可能很重要:痕量杂质可以快速毒化反应或在内爆的等离子体中产生辐射 - 使用过多的痕量杂质可以令人惊讶地导致血浆参数的无效推断。因此,该项目的目标是理论上完善并实验验证了动荡的Z-Pinch等离子体中电荷状态概况的理论预测。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是通过基金会的知识分子和更广泛的影响来评估的,并被认为值得支持。审查标准。

项目成果

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