Un obstáculo clave para los investigadores de fusión es comprender la turbulencia, las ondas y los remolinos que pueden causar que el plasma supercaliente que alimenta las reacciones de fusión pierda calor y partículas y evite la fusión. Comprender y reducir la turbulencia facilitará el desarrollo de la fusión como unfuente segura, limpia y abundante de energía para generar electricidad a partir de centrales eléctricas de todo el mundo.
En el Laboratorio de Física de Plasma de Princeton PPPL del Departamento de Energía de EE. UU. DOE, los científicos han reunido una gran base de datos de mediciones detalladas de la estructura bidimensional 2-D de la turbulencia de plasma de borde que se hace visible mediante una técnica de diagnóstico conocida comoimágenes de bocanadas de gas. Las dos dimensiones, medidas dentro de un dispositivo de fusión llamado tokamak, representan la estructura radial y vertical de la turbulencia.
Paso hacia una comprensión más completa
"Este estudio es un paso incremental hacia una comprensión más completa de la turbulencia", dijo el físico Stewart Zweben, autor principal de la investigación publicada en la revista Física de plasma . "Podría ayudarnos a comprender cómo funciona la turbulencia como la principal causa de fuga de confinamiento de plasma".
La fusión ocurre naturalmente en el espacio, fusionando los elementos de luz en el plasma para liberar la energía que alimenta el sol y las estrellas. En la Tierra, los investigadores crean fusión en instalaciones como tokamaks, que controlan el plasma caliente con campos magnéticos. Pero la turbulencia con frecuencia causa calorescapar de su confinamiento magnético.
Los científicos de PPPL ahora han profundizado más allá de las caracterizaciones de turbulencia publicadas previamente y han analizado los datos para enfocarse en las correlaciones espaciales 2-D dentro de la turbulencia. Esta correlación proporciona pistas sobre el origen del comportamiento turbulento que causa la fuga de partículas y calor, y lo haráservir como base adicional para probar simulaciones por computadora de turbulencias contra evidencia empírica.
Estudiando 20 descargas de plasma
El documento estudió 20 descargas de plasma elegidas como una muestra representativa de las creadas en el Experimento Nacional de Toro Esférico NSTX de PPPL antes de su reciente actualización. En cada una de estas descargas, una bocanada de gas iluminó la turbulencia cerca del borde del plasma, donde la turbulencia es de especial interés. Las bocanadas, una fuente de átomos neutros que brillan en respuesta a los cambios de densidad dentro de una región bien definida, permitieron a los investigadores ver fluctuaciones en la densidad de la turbulencia. Una cámara rápida grabó la luz resultante enla velocidad de 400,000 cuadros por segundo sobre un tamaño de cuadro de imagen de 64 píxeles de ancho por 80 píxeles de alto.
Zweben y sus coautores realizaron un análisis computacional de los datos de la cámara, determinando las correlaciones entre las diferentes regiones de los cuadros a medida que los turbulentos remolinos se movían a través de ellos. "Estamos observando los patrones de la estructura espacial", dijo Zweben."Se puede comparar con la estructura de las nubes a la deriva. Algunas nubes grandes se pueden juntar o puede haber una ruptura con un cielo despejado".
Vista detallada de la turbulencia
Las correlaciones proporcionan una visión detallada de la naturaleza de las turbulencias plasmáticas. "Las cosas simples sobre las turbulencias, como su tamaño y escala de tiempo, se conocen desde hace mucho tiempo", dijo el físico de PPPL Daren Stotler, coautor del artículo. "Estas simulaciones toman una profunda profundidad".sumérjase en otro nivel para ver cómo varía la turbulencia en una parte del plasma con respecto a la turbulencia en otra parte ".
En los gráficos resultantes, una cruz azul indica el punto de enfoque para un cálculo; las áreas rojas y amarillas alrededor de la cruz son regiones en las que la turbulencia está evolucionando de manera similar a la turbulencia en el punto focal. Más lejos, los investigadores encontraron regionesen el que la turbulencia está cambiando en oposición a los cambios en el punto focal. Estas regiones más alejadas se muestran como sombras de azul en los gráficos, con la cruz amarilla que indica el punto con la correlación más negativa.
Por ejemplo, si las imágenes rojas y amarillas eran una región de turbulencia de alta densidad, las imágenes azules indicaban baja densidad. "El aumento de densidad debe provenir de alguna parte", dijo Zweben. "Quizás de las regiones azules".
En adelante, el conocimiento de estas correlaciones podría usarse para predecir el comportamiento de la turbulencia en plasma magnéticamente confinado. El éxito del esfuerzo podría profundizar la comprensión de una causa fundamental de la pérdida de calor de las reacciones de fusión.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Princeton Plasma Physics Laboratory . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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