Developing Pulsed Power Driven Turbulent Reconnection Platforms

开发脉冲功率驱动的湍流重连平台

基本信息

  • 批准号:
    2108050
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 75万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-09-01 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The objective of this research is to develop a new experimental platforms for studying magnetic reconnection in a magnetized plasma, a gas of electrically charged particles permeated by magnetic fields. The Earth can be thought of as a spacecraft surrounded by the solar wind, a swirling sea of hot plasma ejected from the Sun. The Earth's magnetic field usually protects us from this solar wind, but intense solar storms can break through and cause significant damage to the orbiting satellites used for communication and navigation, and potentially even damage power grids and other infrastructure on the Earth's surface. Predicting these damaging solar storms is an ongoing challenge, and involves a detailed understanding of a process called magnetic reconnection, which enables these storms to explosively erupt from the Sun's surface. Better understanding of magnetic reconnection using new dedicated laboratory experiments supported by this award will improve our ability to model and forecast these damaging storms.Magnetic reconnection and turbulence are fundamentally linked processes - instabilities in the reconnection layer drive a turbulent cascade, and this turbulence in turn efficiently drives reconnection at smaller and smaller scales. Studying turbulent reconnection layers in the laboratory is an outstanding challenge, requiring hot plasmas to be created and sustained, as well as new diagnostics to resolve a wide range of spatial scales. This award will use a new pulsed-power driven experimental platform to study different methods of producing a turbulent reconnection layer, with the goal of understanding how turbulence enhances the reconnection rate with applications to astrophysical plasmas as well as novel fusion experiments using magnetized high-energy-density plasmas. A successful platform will enable access to a unique regime of magnetized plasma turbulence, offering insight into important open questions in modern theories of plasma turbulence: the existence of critical balance, the transition from the magnetohydrodynamic to kinetic regime at small length scales, and the uneven partition of energy between the electrons and ions. This award is made with support from the National Nuclear Security Administration within the Department of Energy.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.
本研究的目的是开发一个新的实验平台,用于研究磁化等离子体中的磁场重联,磁化等离子体是一种被磁场渗透的带电粒子气体。 地球可以被认为是一个被太阳风包围的航天器,太阳风是一个从太阳喷射出来的热等离子体的漩涡海洋。 地球磁场通常可以保护我们免受太阳风的影响,但强烈的太阳风暴可能会突破并对用于通信和导航的轨道卫星造成重大损害,甚至可能破坏电网和地球表面的其他基础设施。预测这些破坏性的太阳风暴是一个持续的挑战,涉及到对一个称为磁重联的过程的详细了解,这个过程使这些风暴能够从太阳表面爆发。 利用该奖项支持的新的专门实验室实验来更好地理解磁场重联,将提高我们对这些破坏性风暴进行建模和预测的能力。磁场重联和湍流从根本上是相互关联的过程--重联层中的不稳定性驱动湍流级联,而这种湍流反过来又有效地驱动越来越小尺度的重联。在实验室中研究湍流重联层是一个突出的挑战,需要创造和维持热等离子体,以及新的诊断来解决广泛的空间尺度。该奖项将使用一个新的脉冲功率驱动实验平台来研究产生湍流重联层的不同方法,目的是了解湍流如何提高重联率,并将其应用于天体物理等离子体以及使用磁化高能量密度等离子体的新型聚变实验。一个成功的平台将使访问磁化等离子体湍流的独特制度,提供洞察等离子体湍流的现代理论中的重要开放问题:临界平衡的存在,在小的长度尺度从磁流体动力学到动力学制度的过渡,以及电子和离子之间的能量分配不均。 该奖项是在能源部国家核安全管理局的支持下颁发的。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The structure of 3-D collisional magnetized bow shocks in pulsed-power-driven plasma flows
脉冲功率驱动等离子体流中 3D 碰撞磁化弓激波的结构
  • DOI:
    10.1017/s0022377822001118
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Datta, R.;Russell, D.R.;Tang, I.;Clayson, T.;Suttle, L.G.;Chittenden, J.P.;Lebedev, S.V.;Hare, J.D.
  • 通讯作者:
    Hare, J.D.
Time-resolved velocity and ion sound speed measurements from simultaneous bow shock imaging and inductive probe measurements
通过同时弓形冲击成像和感应探针测量进行时间分辨速度和离子声速测量
  • DOI:
    10.1063/5.0098823
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Datta, R.;Russell, D. R.;Tang, I.;Clayson, T.;Suttle, L. G.;Chittenden, J. P.;Lebedev, S. V.;Hare, J. D.
  • 通讯作者:
    Hare, J. D.
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  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 75万
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  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 75万
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    2020
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  • 资助金额:
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