Las aves lo hacen y también lo hacen las instalaciones de fusión en forma de rosquilla llamadas "tokamaks". Pero el chirrido de tokamak, una onda de frecuencia que cambia rápidamente que puede estar muy por encima de lo que el oído humano puede detectar, no es bienvenido para los investigadores que buscan llevarla fusión que alimenta el sol y las estrellas hacia la Tierra. Tal chirrido indica una pérdida de calor que puede ralentizar las reacciones de fusión, una pérdida que durante mucho tiempo ha desconcertado a los científicos.
Para complicar el rompecabezas es que algunos tokamaks emiten chirridos con mayor frecuencia que otros. Por ejemplo, los pitidos se han producido comúnmente en el National Spherical Torus Experiment Upgrade NSTX-U en el Princeton Plasma Laboratory PPPL del Departamento de Energía de EE. UU. DOEpero ha sido raro en el tokamak del DIII-D National Fusion Facility que General Atomics opera para el DOE en San Diego. Comprender por qué algunos tokamaks chirrían y otros no es importante para que los investigadores puedan predecir y eventualmente aprender a evitar tal chirrido en el ITERtokamak, el reactor de fusión internacional que se está construyendo en el sur de Francia para demostrar la practicidad de la energía de fusión.
En un reactor de fusión como ITER, las reacciones de fusión producen "iones rápidos", núcleos atómicos altamente energéticos en los que los científicos confían para mantener las altas temperaturas del plasma necesarias para mantener el plasma caliente. Tales iones son como un viento rápido que, bajo ciertas condicionescondiciones, pueden excitar ondas llamadas "ondas de Alfvén" en el plasma caliente, al igual que las notas musicales producidas al soplar en un instrumento de viento. Si el viento de iones rápidos es lo suficientemente fuerte, las ondas de Alfvén comienzan a chirriar, lo que causará pérdida de energía, reduciendo la temperatura del plasma y la potencia de fusión.
Condiciones que conducen a piar
Los científicos dirigidos por investigadores de PPPL ahora han modelado las condiciones del plasma que dan lugar al chirrido y predicen cuándo ocurrirá. El modelo de computadora, probado con éxito en el tokamak DIII-D, describe el impacto de la turbulencia, la fluctuación aleatoria del plasmaeso puede conducir a la pérdida de calor y partículas, en los iones rápidos. El modelo muestra que la turbulencia en el plasma ayuda a romper o dispersar el viento de iones rápidos. Si la dispersión es lo suficientemente fuerte, los iones rápidos ya no tienen la fuerza paracausan el chirrido de la onda de Alfvén y se puede reducir la pérdida de calor del plasma.
Hasta hace poco, encontrar pruebas directas del papel de la turbulencia en la fuerza del viento iónico rápido y su papel en el canto ha sido un desafío. Los recientes experimentos DIII-D han revelado la conexión íntima entre los niveles de turbulencia y el canto delplasma.
En estos experimentos, el viento iónico rápido produjo una sola nota de Alfvén en el plasma, muy parecida a una nota única en un instrumento de viento. Luego, cuando el plasma pasa espontáneamente a un nuevo estado mejorado de confinamiento con bajos niveles de turbulencia, el Alfvénla nota comienza a piar rápidamente.
Este inicio del chirrido está claramente relacionado con la reducción de la turbulencia, ya que una turbulencia más baja ya no puede dispersar el viento iónico rápido, lo que le permite acumularse lo suficiente como para impulsar las olas de Alfvén más fuerte y hacer que comiencen a chirriar ". El movimiento coherente.de agrupaciones de iones rápidos cuando la turbulencia disminuye da lugar al chirrido y la fuga y el calor asociados con el chirrido ", dijo Vinícius Duarte, físico investigador asociado de PPPL y ex científico visitante de la Universidad de São Paulo, Brasil, autor principal de undocumento que describe los hallazgos en Física de plasma y presentado como "Scilight" - un punto culminante de la ciencia - por el Instituto Americano de Física
¿Por qué chirrían algunos plasmas?
La teoría desarrollada por Duarte también indica por qué algunos plasmas chirrían y otros no. La explicación es que la turbulencia es mucho menos efectiva para dispersar el viento iónico rápido en algunos dispositivos en comparación con otros. El siguiente paso será utilizar este conocimiento paradiseñar métodos para evitar el chirrido en los experimentos actuales y utilizar dichos métodos en el diseño de futuros reactores de fusión como ITER.
El apoyo para este trabajo proviene de la Fundación de Investigación de São Paulo y la Oficina de Ciencia del DOE utilizando DIII-D, una instalación de usuario de la Oficina de Ciencia del DOE. Los coautores incluyen a Nikolai Gorelenkov, Gerrit Kramer, Raffi Nazikian y Mario Podesta de PPPL; Michael Van Zeeland y David Pace de General Atomics; Willliam Heidbrink de la Universidad de California, Irvine; y Herbert Berk de la Universidad de Texas en Austin.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Princeton Plasma Physics Laboratory . Original escrito por John Greenwald. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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