Так же к то, как велосипедное динамо преобразовывает движение в электричество, перемещая проводящие жидкости, может произвести магнитные поля. Так называемое магнитное число Рейнольдса (продукт скорости потока жидкости, расширения и проводимости), прежде всего, определяет, произведено ли магнитное поле на самом деле.
Во время захватывающего эксперимента ученые в команде Франка Стефани в Институте HZDR Гидрогазодинамики стремятся достигать критического значения, требуемого для возникновения эффекта динамо. С этой целью стальной цилиндр два метра диаметром, содержащий восемь тонн жидкого натрия, будет вращаться вокруг одной оси до десяти раз в секунду и однажды в секунду вокруг другого, который наклонен относительно первого. Технический термин для этого движения, которое часто является по сравнению с наклоненным волчком, является прецессией.
«Наш эксперимент на новом предприятии DRESDYN предназначен, чтобы продемонстрировать, что прецессия, как естественный водитель потока, достаточна, чтобы создать магнитное поле», говорит Андрэ Жиезекк, ведущий автор исследования. В его моделированиях и во время сопровождающих водных экспериментов – макет был в шесть раз меньшим, чем большое динамо – ученые исследовали структуру управляемого прецессией потока.
«К нашему удивлению мы наблюдали симметрическую двойную ролевую структуру в определенном диапазоне уровня прецессии, который должен обеспечить эффект динамо в магнитном числе Рейнольдса 430», говорит физик.Нерешенный: роль прецессии в geodynamo
Центр Земли состоит из твердого ядра, окруженного слоем литого железа. «Литой металл вызывает электрический ток, который в свою очередь производит магнитное поле», объясняет Гисек. Общее убеждение состоит в том, что управляемый плавучестью конвекцией, вместе с вращением Земли, ответственно за этот geodynamo.
Однако роль, которую играет прецессия в формировании магнитного поля Земли, все еще абсолютно неясна.Вращательная ось Земли наклонена 23,5 градусами ее орбитального самолета. Вращательная ось меняет положение в течение приблизительно 26 000 лет. Это precessing движение через пространство, как думают, является одним из возможных источников энергии для geodynamo.
Миллионы лет назад на Луне также было сильное магнитное поле, как обозначено горными образцами от миссий Аполлона. По словам экспертов, прецессия, возможно, была главной причиной этого.Жидкие эксперименты натрия в HZDR, как ожидают, начнутся в 2020.
В отличие от этого, ранее geodynamo лабораторные эксперименты, в стальном барабане не будет никакого пропеллера, как использовался в первом успешном эксперименте динамо в Риге, Латвия в 1999, в которую были в большой степени вовлечены ученые HZDR. Это и другие эксперименты в Карлсруэ, Германия и Cadarache, Франция обеспечили инновационное исследование для лучшего понимания geodynamo.«В принципе мы можем определить три различных параметра для экспериментов в DRESDYN: вращение, прецессия и угол между этими двумя осями», говорит Гисек.
С одной стороны, он и его коллеги ожидают получать ответы на фундаментальный вопрос того, производит ли прецессия на самом деле магнитное поле в проводящей жидкости. С другой стороны, они интересуются обнаружением, которые текут, компоненты ответственны за создание магнитного поля и пункт, в котором происходит насыщенность.
Двойная роль в Контейнере«В моделированиях мы обнаружили, что постоянные волны инерции происходят в широком диапазоне параметра. В определенном диапазоне, однако, мы теперь заметили характерную двойную ролевую структуру, которая, оказывается, чрезвычайно эффективна для эффекта динамо. В принципе мы уже знаем о такой скоростной структуре благодаря французскому эксперименту динамо, в котором она была искусственно произведена двумя пропеллерами, в то время как в нашей прецессии экспериментируют, она должна появиться естественно».Исследователи HZDR использовали специальную технологию ультразвука, чтобы измерить структуру потока. «Мы были очень удивлены тем, как хорошо данные из эксперимента соответствуют результатам моделирования.
У нас поэтому есть чрезвычайно прочное предсказание для основного эксперимента DRESDYN. Например, мы знаем, в которых вращательных ставках происходит эффект динамо и какие структуры магнитного поля мы можем ожидать», говорит Гисек.Научное сообщество, связанное с динамо, нетерпеливо ждет результатов запланированного эксперимента, который будет работать в пределах технической выполнимости во многих отношениях. «Мы также ожидаем подробные исследования General Dynamics жидких металлических потоков под влиянием магнитных полей. Это позволит нам делать выводы о потоках в промышленном секторе», по данным Giesecke.
И наконец, что не менее важно, магнитная томография потока развивалась в HZDR, поскольку часть его исследования динамо представляет интерес для многих областей броска стали и кристаллического роста. Работа была частично финансирована Союзом Гельмгольца «Liquid Metal Technologies» (LIMTECH).