Un desafío para crear energía de fusión en la Tierra es atrapar el gas cargado conocido como plasma que alimenta las reacciones de fusión dentro de un campo magnético fuerte y mantener el plasma lo más caliente y denso posible durante el mayor tiempo posible. Ahora, científicos del Departamento de EE. UU.del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton PPE de Energy DOE ha obtenido una nueva visión de un tipo común de hipo conocido como la inestabilidad del diente de sierra que enfría el plasma caliente en el centro e interfiere con las reacciones de fusión. Estos hallazgos podrían ayudar a acercar la energía de fusióna la realidad.
"Los modelos convencionales explican la mayoría de los casos de accidentes con dientes de sierra, pero hay un subconjunto tenaz de observaciones que nunca hemos podido explicar", dijo el físico de PPPL Christopher Smiet, autor principal de un artículo que informa los resultados Fusión nuclear . "Explicar esas ocurrencias inusuales llenaría un vacío en la comprensión del fenómeno del diente de sierra que ha existido durante casi 40 años".
Fusion combina elementos de luz en forma de plasma, el estado caliente y cargado de materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos, y en el proceso genera cantidades masivas de energía en el sol y las estrellas. Los científicos están buscando replicar la fusiónen dispositivos en la Tierra para un suministro prácticamente inagotable de energía limpia y segura para generar electricidad.
Los investigadores han sabido durante décadas que la temperatura en el núcleo del plasma de fusión a menudo aumenta lentamente y luego puede caer repentinamente, un hecho no deseado ya que la temperatura más fría reduce la eficiencia. La teoría predominante es que el choque ocurre cuando una cantidad llamada seguridadEl factor, que mide la estabilidad del plasma, cae a una medida cercana a 1. El factor de seguridad se relaciona con la cantidad de torsión en el campo magnético en las instalaciones de fusión tokamak en forma de rosquilla.
Sin embargo, algunas observaciones sugieren que el colapso de la temperatura ocurre cuando el factor de seguridad cae a alrededor de 0.7. Esto es bastante sorprendente y no puede explicarse por las teorías más ampliamente aceptadas.
El nuevo conocimiento, que no proviene de la física del plasma sino de las matemáticas abstractas, muestra que cuando el factor de seguridad toma valores específicos, uno de los cuales es cercano a 0.7, el campo magnético en el núcleo de plasma puede cambiar a una configuración diferente llamada alternancia-hiperbólico ". En esta topología, el plasma se pierde en el núcleo", dice Smiet. "El plasma se expulsa del centro en direcciones opuestas. Esto conduce a una nueva forma para que la jaula magnética se rompa parcialmente, para la temperatura en elnúcleo para caer repentinamente, y para que el proceso se repita a medida que el campo magnético y la temperatura se recuperan lentamente ".
Las nuevas ideas sugieren una nueva y emocionante dirección de investigación para mantener más calor dentro del plasma y producir reacciones de fusión de manera más eficiente. "Si no podemos explicar estas observaciones atípicas, entonces no entendemos completamente lo que está sucediendo en estas máquinas,"Dijo Smiet." Contrarrestar la inestabilidad del diente de sierra puede conducir a producir plasmas más calientes y retorcidos y acercarnos a la fusión ".
Este modelo surgió de una investigación matemática puramente abstracta. Smiet encontró una manera matemática de describir el campo magnético en el centro de un tokamak. Todas las configuraciones posibles pueden asociarse con una estructura algebraica llamada grupo de Lie. "La matemática es realmente bastantehermoso ", dice Smiet." Este grupo matemático le ofrece una vista panorámica de todas las configuraciones magnéticas posibles y cuándo una configuración puede cambiar a otra ".
El nuevo modelo muestra que una de las veces que la configuración magnética en un tokamak puede cambiar es cuando el factor de seguridad cae exactamente a dos tercios, o 0.666 ". Esto es inquietantemente cercano al valor de 0.7 que se ha visto en los experimentos, particularmente cuando se tiene en cuenta la incertidumbre experimental ", dijo Smiet." Una de las partes más bellas de estos resultados ", dijo," es que provienen de jugar con las matemáticas puras ".
Smiet espera verificar el nuevo modelo ejecutando experimentos en un tokamak. "Las matemáticas nos han mostrado qué buscar", dijo, "así que ahora deberíamos poder verlo".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Princeton Plasma Physics Laboratory . Original escrito por Raphael Rosen. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :