Savanţii au descoperit un mecanism esenţial pentru menţinerea plasmei în reactoarele de fuziune nucleară

Variaţiile au loc periodic în temperatura şi densitatea plasmei care alimentează reactoarele de fuziune în formă de gogoaşă numite generic tokamak-uri. Câteodată, aceste variaţii se pot combina cu alte instabilităţi din plasmă pentru a produce furtuna perfectă care opreşte reacţia. Totuşi, unele plasma nu au aceste variaţii datorită unui mecanism care i-a intrigat pe oamenii de ştiinţă.

Într-un nou studiu, cercetătorii de la PPPL (Princeton Plasma Physics Laboratory) din cadrul DOE (Departamentul de Energie al SUA) au produs simulări ale procesului care pot arăta procesul din spatele acestui mecanism, care este numit „pomparea fluxului magnetic”. Cunoaşterea procesului poate duce la progrese în energia de fuziune, scrie Phys.

Fuziunea nucleară, energia care face ca soarele şi stelele să strălucească, presupune fuzionarea elementelor uşoare în forma plasmei - o stare fierbinte a materiei compusă din electroni liberi şi nuclei atomici - care generează cantităţi imense de energie. Savanţii doresc să creeze fuziune pe Terra pentru o sursă inepuizabilă de energie.

Mecanismul de pompare al fluxului limitează curentul din miezul plasmei care completează câmpul magnetic, care la rândul său reţine gazul fierbinte generator de reacţii. În anumite plasme de fuziune, acest mecanism nu lasă curentul să devină suficient de puternic, lucru care ar fi declanşat instabilitatea.

Conducătoarea noului studiu a fost Isabel Krebs. Aceasta, împreună cu echipa sa, au folosit codul M3D-C1 al PPPL pentru a simula procesul pe computerele reactorului. La studiu au mai participat Stephen Jardin şi Nate Ferraro, creatorii codului. „Mecanismul din spatele pompării fluxului magnetic nu a fost înţeles până acum. Lucrarea Isabelei descrie procesul”, a precizat Jardin.

În simulările de la PPPL, mecanismul apare în „scenarii hibride” care există între două regimuri standard - care includ plasmă cu reţinere ridicată (high-confinement/H-mode) şi cu reţinere scăzută (low-confinement/L-mode) şi scenarii în care plasma operează în stări stabile. În scenariile hibride, curentul rămâne drept în miezul plasmei în timp ce presiunea plasmei rămâne suficient de ridicată.

Combinaţia creează o situaţie care se aseamănă cu un mixer care învârte plasma. deformând câmpul magnetic. Mixerul produce un efect puternic care menţine stabilitatea curentului şi previne formarea instabilităţilor. Un proces similar menţine câmpul magnetic care protejează Pământul de radiaţiile cosmice, cu metalul topit din nucleul planetei acţionând ca mixerul.

De asemenea, mecanismul se auto-reglează. Dacă pomparea de flux este prea puternică, curentul din miezul plasmei stă „chiar dedesubt de plafonul instabilităţii”, precizează Krebs. Prin rămânerea în această zonă, curentul menţine temperatura şi densitatea plasmei la niveluri constante.

Vă recomandăm să citiţi şi următoarele articole:

Reactorul de fuziune nucleară al americanilor are probleme. S-a făcut o eroare imensă

Fuziunea nucleară, tehnologia care sună prea bine pentru a fi adevărată. Ce poate duce la realizarea ei?

Fuziunea nucleară va fi accesibilă în doar un deceniu

''Steaua din borcan'': a fost atins un nou record la stelaratorul Wendelstein 7-X al Germaniei