Jacob Hoover
0 
845
151
Uwaga redaktora: Ta historia została zaktualizowana o 13:35. E.T.
Nowe badania sugerują, że tajemnicze, przypominające duchy „fale gwizdające”, które normalnie są tworzone przez pioruny, mogą chronić reaktory termojądrowe przed uciekającymi elektronami.
Te gwiżdżące fale występują naturalnie wysoko nad ziemią w jonosferze - warstwie atmosfery ziemskiej znajdującej się około 50 do 600 mil (80 i 1000 kilometrów) nad powierzchnią planety. Te upiorne fale tworzą się, gdy pioruny generują impulsy fal elektromagnetycznych, które przemieszczają się między półkulą północną i południową. Fale te zmieniają częstotliwość, gdy przechodzą przez glob, a kiedy te sygnały świetlne są konwertowane na sygnały audio, brzmią jak gwizdki.
Teraz te gwizdające fale zostały odkryte w gorącej plazmie wewnątrz tokamaka - maszyny w kształcie pączka, w której zachodzą reakcje syntezy jądrowej - zgodnie z niedawnym badaniem opublikowanym 11 kwietnia w czasopiśmie Physical Review Letters..
Ponieważ gwizdy mogą rozpraszać i utrudniać szybkie elektrony, mogą zapewnić nowy sposób zapobiegania uszkodzeniu wnętrza tokamaka przez uciekające elektrony.
Moc syntezy
W reakcjach syntezy jądrowej, które napędzają słońce i gwiazdy, atomy zderzają się ze sobą, łącząc się w większe atomy i uwalniając energię. Od dziesięcioleci naukowcy próbują okiełznać energię syntezy jądrowej na Ziemi, używając potężnych pól magnetycznych wewnątrz tokamaków do tworzenia obłoków gorącej plazmy w kształcie pączków - dziwnej fazy materii, która składa się z naładowanego elektrycznie gazu..
Wewnątrz tokamaka pola elektryczne mogą coraz szybciej napędzać elektrony. Ale gdy te szybkie elektrony przelatują przez plazmę, nie mogą spowolnić. Zwykle obiekty poruszające się w gazie lub cieczy odczuwają siłę oporu, która rośnie wraz z prędkością. Na przykład im szybciej jeździsz samochodem, tym większy opór powietrza napotkasz. Ale w plazmie siła oporu zmniejsza się wraz z prędkością, umożliwiając elektronom przyspieszenie do prędkości bliskiej światła, uszkadzając tokamak.
Naukowcy dysponują już kilkoma technikami łagodzenia ucieczki, powiedział Don Spong, fizyk z Oak Ridge National Laboratory w Tennessee i współautor nowych badań. Mogą wykorzystywać algorytmy sztucznej inteligencji do monitorowania i dostosowywania gęstości plazmy, aby zapobiec zbyt szybkiemu przyspieszaniu elektronów. Jeśli nadal są uciekinierzy, mogą wstrzyknąć granulki zamrożonego neonu do plazmy, co zwiększa gęstość plazmy i spowalnia uciekające elektrony.
Ale fale gwizdów mogą być kolejnym sposobem na powstrzymanie uciekających elektronów. „Najlepiej byłoby, gdybyśmy uniknęli zakłóceń i ucieczek” - powiedział Spong. „Ale jeśli wystąpią, chcielibyśmy mieć dostęp do wielu narzędzi do radzenia sobie z nimi”.
Zatrzymanie uciekinierów
W tokamaku w DIII-D National Fusion Facility w San Diego zespół badawczy Sponga po raz pierwszy wykrył, że fale wytwarzane są przez uciekające elektrony..
Plasma, wyjaśnił, jest jak kawałek Jell-O z wieloma trybami wibracji. Jeśli niektóre uciekające elektrony mają odpowiednią prędkość, wzbudzają jeden z tych trybów i wyzwalają szumiące fale - podobnie do tego, jak prowadzenie starego samochodu z odpowiednią prędkością może powodować wibracje deski rozdzielczej.
„To, co chcielibyśmy zrobić, to przeprowadzić inżynierię wsteczną tego procesu i umieścić te fale na zewnątrz [plazmy], aby rozproszyć uciekinierów” - powiedział Spong.
Dzięki lepszemu zrozumieniu, w jaki sposób uciekinierzy tworzą gwizdki, naukowcy mają nadzieję, że uda im się odwrócić ten proces - używając zewnętrznej anteny do generowania gwizdów, które mogą rozpraszać elektrony i zapobiegać ich zbyt szybkiemu przyspieszeniu.
Naukowcy nadal muszą dalej badać związek między uciekinierami a whistlers, powiedział Spong, na przykład poprzez określenie, które częstotliwości i długości fal działają najlepiej, aby powstrzymać ucieczki i badając, co dzieje się w gęstszej plazmie potrzebnej do reaktorów termojądrowych..
Oczywiście tłumienie uciekających elektronów jest tylko jedną przeszkodą w tworzeniu czystej energii z syntezy jądrowej. Obecnie reaktory termojądrowe wymagają więcej energii do ogrzania plazmy niż jest to wytwarzane w wyniku syntezy. Aby osiągnąć punkt rentowności, naukowcy wciąż muszą dowiedzieć się, jak sprawić, by plazma pozostała gorąca bez konieczności dodawania ciepła.
Ale Spong optymistycznie podchodzi do energii termojądrowej. „Wierzę, że jest to osiągalne”.
W 2025 r. Projekt ITER w południowej Francji ma rozpocząć eksperymenty. a naukowcy mają nadzieję, że będzie to pierwsza maszyna do syntezy jądrowej, która wyprodukuje więcej energii niż jest używana do ogrzania plazmy. Kilka grup postawiło sobie za cel osiągnięcie dodatniej energii syntezy jądrowej netto do 2050 r. Nowa współpraca między MIT a firmą o nazwie Commonwealth Fusion Systems ogłosiła, że partnerzy mają nadzieję wprowadzić syntezę jądrową do sieci za 15 lat.
Uwaga redaktora: Ta historia została zaktualizowana, aby zauważyć, że sygnały świetlne, a nie częstotliwości światła, są konwertowane na sygnały audio.