Uno schema che rappresenta l'esperimento dinamo Von-Kármán-Sodio, con il rettangolo rosso che mostra la porzione simulata del flusso tra le due lame. Attestazione:Varela/Brun/Dubrulle/Nore
Il massiccio, nucleo agitato di liquidi conduttori nelle stelle e in alcuni pianeti crea una dinamo che genera il campo magnetico del corpo planetario. I ricercatori mirano a comprendere meglio queste dinamo attraverso simulazioni al computer e ricreandole in laboratorio utilizzando canister di rapida rotazione, sodio liquido.
Una nuova simulazione basata sull'esperimento con la dinamo von-Kármán-Sodium (VKS), gestito congiuntamente dalla Commissione francese per l'energia atomica (CEA), il Centro Nazionale per la Ricerca Scientifica (CNRS) e l'École Normale Supérieure (ENS) di Parigi e Lione, esamina più da vicino come il vortice liquido creato dal dispositivo genera un campo magnetico. I ricercatori hanno studiato gli effetti della resistività e della turbolenza dei fluidi sulla collimazione del campo magnetico, dove il vortice diventa un flusso concentrato. Riportano i loro risultati questa settimana sul giornale Fisica dei Plasmi , da AIP Publishing.
Lo studio è il primo ad esaminare il flusso all'interno delle pale di zangolatura ad alta risoluzione, e può offrire modi per migliorare le dinamo da laboratorio in modo che ricreano in modo più accurato osservazioni astronomiche stellari.
"Lo speriamo, nel futuro, possiamo dare una migliore descrizione dei flussi, " ha detto l'autore principale Jacobo Varela, ora ricercatore post-dottorato presso l'Oak Ridge National Laboratory. "Utilizzando questo approccio, possiamo cominciare a capire la dinamo che si osserva nelle stelle."
Le dinamo trasformano l'energia cinetica in energia magnetica trasformando la rotazione di un fluido o plasma elettricamente conduttore in un campo magnetico. Nella dinamo VKS, due pale della girante su entrambi i lati di un cilindro riempito di sodio liquido creano turbolenza, che può generare il campo magnetico.
I meccanismi che creano quel campo, però, sono poco capiti. Altri ricercatori hanno eseguito simulazioni globali di dinamo al sodio, ma i modelli hanno prodotto risultati a bassa risoluzione. Questa ricerca modella il flusso a forma di vortice all'interno di una piccola regione vicino a una girante all'interno della dinamo VKS.
L'evoluzione del vortice del vortice, mentre il modello avanza da 37 secondi e 42 secondi. L'aumento della turbolenza nel flusso provoca variazioni nel vortice e porta a cicli periodici del campo magnetico, come si osserva con il sole. Attestazione:Varela/Brun/Dubrulle/Nore
"I flussi elicoidali tra le pale della girante collimano con il flusso che rafforza il campo magnetico e genera il campo osservato nel dispositivo, " Disse Varella.
I ricercatori hanno semplificato la geometria del dispositivo e costruito simulazioni magnetoidrodinamiche mirate per capire come la turbolenza del flusso e le caratteristiche del materiale del dispositivo influenzino la collimazione del campo magnetico.
"Abbiamo scoperto che quando si utilizzano materiali ferromagnetici magnetizzati, vi è un effettivo aumento della collimazione del campo magnetico, con conseguente soglia dinamo più bassa, e questo è ciò che hanno osservato nell'esperimento, " Disse Varella.
In contrasto, utilizzando materiali conduttori nella simulazione della collimazione del campo indebolito. Questa scoperta potrebbe spiegare perché i ricercatori possono attivare più facilmente l'azione della dinamo negli esperimenti VKS quando si utilizzano giranti in ferro dolce.
I ricercatori hanno anche analizzato i loro risultati nel contesto della teoria della dinamo a campo medio, che tenta di spiegare come stelle e pianeti sostengono i loro campi magnetici. All'aumentare della turbolenza nella simulazione, il campo magnetico si è spostato da 1 a 1 stazionario con oscillazioni periodiche, come quelli osservati in certe stelle. Il campo magnetico del sole, Per esempio, cambia polarità ogni 11 anni circa, che è un prodotto della sua turbolenza e la velocità della sua rotazione.
Varela ei suoi colleghi del CNRS continuano a sviluppare il modello per riflettere la geometria del dispositivo reale. Hanno in programma di indagare su parametri aggiuntivi, come la forma della lama e lo sfondo del campo magnetico, in modo che possano simulare più da vicino le prestazioni del dispositivo e testare modi per ottimizzare la macchina.
"La simulazione che stiamo eseguendo è solo il primo passo, ma con il modello che abbiamo ora, possiamo catturare gran parte della fisica che osservano nell'esperimento con la dinamo VKS, " ha detto Varela. "Le nostre osservazioni e i dati della macchina ci daranno molte più prove del ciclo dinamo nelle stelle e in altri oggetti astronomici".
