Vlad Krasen
0 
2848
506
Redaktørens merknad: Denne historien ble oppdatert klokken 1:35. E.T.
Mystiske, spøkelsesaktige "whistlerbølger" som normalt er skapt av lyn kan beskytte kjernefusjonsreaktorer fra løpende elektroner, antyder ny forskning.
Disse whistlerbølgene blir naturlig funnet høyt over bakken i ionosfæren - et lag med jordas atmosfære omtrent 80 til 1000 mil over planetens overflate. Disse spøkelsesaktige plystringsbølgene dannes når lynbolter genererer pulser av elektromagnetiske bølger som beveger seg mellom den nordlige og den sørlige halvkule. Disse bølgene endres i frekvens når de krysser kloden, og når disse lyssignalene blir konvertert til lydsignaler, høres de ut som fløyter.
Nå er disse whistlerbølgene blitt oppdaget i det varme plasmaet inne i en tokamak - den smultringformede maskinen der kjernefusjonsreaksjoner finner sted - ifølge en fersk studie publisert 11. april i tidsskriftet Physical Review Letters.
Fordi whistlers kan spre og hindre høyhastighetselektroner, kan de gi en ny måte å forhindre at løpende elektroner skader innsiden av en tokamak.
Fusjonskraft
I atomfusjonsreaksjoner, som driver solen og stjernene, smeller atomer sammen og smelter sammen til større atomer mens de frigjør energi. I flere tiår har forskere prøvd å utnytte fusjonsenergi på jorden ved å bruke kraftige magnetfelt inne i tokamaks for å korrigere smultringformede skyer av varmt plasma - en merkelig fase av materie som består av elektrisk ladet gass.
Inne i tokamak kan elektriske felt drive elektroner raskere og raskere. Men når disse høyhastighetselektronene flyr gjennom plasmaet, kan de ikke bremse. Normalt kjenner gjenstander som beveger seg gjennom en gass eller væske en dragkraft som øker med hastigheten. Jo raskere du kjører bilen din, for eksempel, desto mer vindmotstand får du. Men i plasma avtar dragkraften med hastigheten, slik at elektronene kan akselerere til nær lyshastighet, og skader tokamakken.
Forskere har allerede noen få teknikker for å dempe løpebaner, sa Don Spong, fysiker ved Oak Ridge National Laboratory i Tennessee og en medforfatter for den nye studien. De kan bruke kunstige intelligensalgoritmer for å overvåke og justere tettheten av plasmaet for å forhindre at elektronene akselererer for fort. Hvis det fremdeles er løsmasser, kan de injisere pellets av frossen neon i plasmaet, noe som øker plasmatettheten og bremser løpende elektroner.
Men whistlerbølger kan være en annen måte å tøffe løpende elektroner på. "Vi ønsker ideelt å unngå forstyrrelser og løpebaner," sa Spong. "Men hvis de oppstår, ønsker vi flere verktøy tilgjengelig for å håndtere dem."
Stopper løpebaner
I tokamakken på DIII-D National Fusion Facility i San Diego oppdaget Spongs forskerteam for første gang whistlerbølger som ble produsert av løpende elektroner.
Plasma, forklarte han, er som et stykke Jell-O med mange vibrasjonsmåter. Hvis noen løpende elektroner har akkurat den rette hastigheten, begeistrer de en av disse modusene og trigger whistlerbølger - på samme måte som å kjøre en gammel bil med akkurat riktig hastighet kan føre til at dashbordet vibrerer.
"Det vi ønsker å gjøre er omvendt ingeniør den prosessen og legge bølgene på utsiden [av plasmaet] for å spre løpene," sa Spong.
Ved å forstå hvordan runaways skaper whistlers, håper forskerne at de kan snu prosessen - ved å bruke en ekstern antenne for å generere whistlers som kan spre elektronene og forhindre at de kommer for fort.
Forskerne trenger fortsatt å utforske forholdet mellom løpebaner og whistlers, sa Spong for eksempel ved å identifisere hvilke frekvenser og bølgelengder som fungerer best for å hemme runay og ved å studere hva som skjer i det tettere plasmaet som trengs for fusjonsreaktorer..
Å undertrykke løpende elektroner er selvfølgelig bare en hindring for å skape ren energi fra kjernefusjon. Akkurat nå krever fusjonsreaktorer mer energiytende varmeplasma enn det som produseres av fusjonen. For å nå breakeven point, må forskere fortsatt finne ut hvordan de får plasma for å holde seg varme uten å måtte legge til varme.
Men Spong er optimistisk med hensyn til fusjonsenergi. "Jeg er en tro på at det er oppnåelig."
I 2025 planlegges ITER-prosjektet i Sør-Frankrike for å starte eksperimenter. og forskere håper det vil være den første fusjonsmaskinen som produserer mer energi enn det som brukes til å varme opp plasmaet. Flere grupper har satt søkelyset på å oppnå netto positiv fusjonsenergi innen 2050. Og et nytt samarbeid mellom MIT og et selskap kalt Commonwealth Fusion Systems kunngjorde at partnerne håper å sette atomfusjon på nettet om 15 år.
Redaktørens merknad: Denne historien ble oppdatert for å merke at lyssignaler, i stedet for lysfrekvenser, blir konvertert til lydsignaler.