Vlad Krasen
0 
1387
8
Redaktørens note: Denne historie blev opdateret kl. 13:35. E.T.
Mystiske, spøgelseslignende "fløjtebølger", der normalt er skabt af lyn, kunne beskytte nukleare fusionsreaktorer mod løbende elektroner, antyder ny forskning.
Disse whistlerbølger findes naturligt højt over jorden i ionosfæren - et lag af jordas atmosfære omkring 80 til 600 miles (80 an1000 kilometer) over planetens overflade. Disse spøgelsesfulde whistlerbølger dannes, når lynbolte genererer pulser af elektromagnetiske bølger, der bevæger sig mellem den nordlige og den sydlige halvkugle. Disse bølger ændres i frekvens, når de krydser kloden, og når disse lyssignaler konverteres til lydsignaler, lyder de som fløjter.
Nu er disse whistlerbølger blevet opdaget i det varme plasma inde i en tokamak - den doughnutformede maskine, hvor kernefusionsreaktioner finder sted - ifølge en nylig undersøgelse, der blev offentliggjort 11. april i tidsskriftet Physical Review Letters.
Fordi whistlers kan sprede og hindre højhastighedselektroner, kan de give en ny måde at forhindre, at løbende elektroner skader indersiden af en tokamak.
Fusionsstyrke
I nukleare fusionsreaktioner, der driver solen og stjernerne, smeller atomer sammen og smelter sammen til større atomer, mens de frigiver energi. I årtier har forskere forsøgt at udnytte fusionsenergi på Jorden ved hjælp af magtfulde magnetiske felter inde i tokamaks til at korrigere donutformede skyer af varmt plasma - en underlig fase af stof, der består af elektrisk ladet gas.
Inde i tokamak kan elektriske felter drive elektroner hurtigere og hurtigere. Men da disse højhastighedselektroner flyver gennem plasmaet, kan de ikke bremse. Normalt føler genstande, der bevæger sig gennem en gas eller væske, en trækkraft, der øges med hastigheden. Jo hurtigere du kører din bil, for eksempel, jo mere vindmodstand får du. Men i plasma formindskes trækkraften med hastigheden, hvilket gør det muligt for elektroner at accelerere til næsten lyshastighed, hvilket beskadiger tokamakken.
Forskere har allerede et par teknikker til at afbøde løbsk, sagde Don Spong, en fysiker ved Oak Ridge National Laboratory i Tennessee og medforfatter til den nye undersøgelse. De kan bruge kunstige intelligensalgoritmer til at overvåge og justere plasmaets tæthed for at forhindre elektroner i at accelerere for hurtigt. Hvis der stadig er runaways, kan de injicere pellets af frosset neon i plasmaet, hvilket øger plasmatætheden og bremser løbende elektroner.
Men fløjtebølger kan være endnu en måde at tømme løbende elektroner på. "Vi ønsker ideelt at undgå forstyrrelser og løbsk," sagde Spong. "Men hvis de opstår, vil vi gerne have flere tilgængelige værktøjer til at håndtere dem."
Stop stopper
I tokamakken ved DIII-D National Fusion Facility i San Diego opdagede Spongs forskerteam for første gang whistlerbølger, der produceres af løbende elektroner.
Plasma, forklarede han, er som et stykke Jell-O med mange vibrationsformer. Hvis nogle løbsk elektroner har den rigtige hastighed, begejstrer de en af disse tilstande og udløser fløjtebølger - svarende til, hvordan det at køre en gammel bil med lige den rette hastighed kan få instrumentbrættet til at vibrere.
"Hvad vi gerne vil gøre er omvendt ingeniørproces, og lægger disse bølger på ydersiden [af plasmaet] for at sprede løbebane," sagde Spong.
Ved bedre at forstå, hvordan runaways skaber whistlers, håber forskerne, at de kan vende processen - ved hjælp af en ekstern antenne til at generere whistlers, der kan sprede elektronerne og forhindre dem i at komme for hurtigt.
Forskerne har stadig brug for at undersøge forholdet mellem bølger og fløjtere, sagde Spong for eksempel ved at identificere, hvilke frekvenser og bølgelængder der fungerer bedst for at hæmme løbebane og ved at undersøge, hvad der sker i den tættere plasma, der er nødvendig til fusionsreaktorer..
Selvfølgelig er undertrykkelse af løbende elektroner kun en hindring for at skabe ren energi fra kernefusion. Lige nu kræver fusionsreaktorer mere energi-varmeplasma end produceret af fusionen. For at nå breakeven point er forskerne stadig nødt til at finde ud af, hvordan man får plasma til at forblive varmt uden at skulle tilføje varme.
Men Spong er optimistisk med hensyn til fusionsenergi. "Jeg tror på, at det er opnåeligt."
I 2025 forventes ITER-projektet i det sydlige Frankrig at begynde eksperimenter. og forskere håber, det vil være den første fusionsmaskine, der producerer mere energi, end der bruges til at opvarme plasmaet. Flere grupper har sat deres syn på at opnå netto positiv fusionsenergi i 2050. Og et nyt samarbejde mellem MIT og et firma kaldet Commonwealth Fusion Systems annoncerede, at partnerne håber at sætte nuklear fusion på nettet om 15 år.
Redaktørens note: Denne historie blev opdateret for at bemærke, at lyssignaler snarere end lysfrekvenser konverteres til lydsignaler.