Los científicos del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton PPPL del Departamento de Energía de EE. UU. DOE han fomentado la comprensión de una barrera que puede evitar que las instalaciones de fusión en forma de rosca conocidas como tokamaks funcionen con alta eficiencia al hacer que se pierda calor vital de ellos.
Dirigido por el físico de PPPL Roscoe White, el equipo de investigación utilizó computadoras para simular un tipo de movimiento de plasma que puede golpear partículas altamente energéticas desde el núcleo hasta el borde, un fenómeno que podría ocurrir en ITER, el multinacional tokamak que se está construyendo en Francia parademostrar la viabilidad de la fusión como fuente de energía.
"Para que funcione cualquier dispositivo de fusión, debe asegurarse de que las partículas altamente energéticas dentro de él estén muy bien confinadas dentro del núcleo de plasma", dijo el físico PPPL Vinícius Duarte, miembro del equipo de investigación que informó los resultados Física de plasma . "Si esas partículas se desplazan hacia el borde del plasma, no se puede mantener el plasma en estado estable que se necesita para hacer realidad la electricidad alimentada por fusión".
Duarte se refiere a un fenómeno llamado "chirrido" que ocurre cuando la frecuencia de las ondas de plasma que interactúan con partículas altamente energéticas cambia repentinamente, lo que finalmente hace que la energía escape del núcleo de plasma y produzca tonos que cambian rápidamente. Los nuevos hallazgos, quedilucidar aspectos de cómo se forma el chirrido en un tokamak, podría ayudar a los investigadores a descubrir cómo frustrar los chirridos y mantener el calor vital. La prevención de los cambios repentinos de frecuencia también podría proteger las paredes del tokamak de la liberación repentina de explosiones concentradas y dañinas de energía.
Fusion combina elementos de luz en forma de plasma, el estado caliente y cargado de materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos, y genera cantidades masivas de energía en las estrellas. Los científicos apuntan a replicar la fusión en dispositivos en la Tierra para unsuministro prácticamente inagotable de energía segura y limpia para generar electricidad.
Los investigadores utilizaron simulaciones por computadora que muestran vistas muy detalladas del movimiento de los conglomerados de partículas de plasma para revelar algunos de los mecanismos responsables del canto, dando esperanza de que los científicos puedan encontrar formas de mejorar sus efectos. Los científicos utilizaron el código PPPL ORBIT para calcular cómola posición y la velocidad de las partículas de plasma cambian con el tiempo en tres dimensiones. Las simulaciones mostraron que el chirrido comienza cuando las partículas que se mueven rápidamente en el núcleo interactúan con las ondas que ondulan a través del plasma y forman espontáneamente grupos que migran al borde del plasma. Los resultados confirman resultados anterioresbasado en configuraciones de tokamak simplificadas; también revelan dinámicas más ricas y complejas que nunca antes se habían visto.
Esta interacción con partículas de plasma hace que la frecuencia de las llamadas ondas Alfvén de plasma aumente y disminuya simultáneamente, catapultando los grupos hacia el borde del plasma y, a veces, hacia la pared ". Las herramientas desarrolladas en esta investigación han permitido vislumbrarla dinámica complicada y autoorganizada de los chirridos en un tokamak ", dijo Duarte.
Los científicos tuvieron que crear nuevas herramientas virtuales para observar el movimiento de las ondas simuladas con los detalles necesarios. "Lo más difícil fue inventar los diagnósticos que mostraran claramente lo que estaba sucediendo", dijo White. "En cierto sentido,es como construir un microscopio que le permitirá ver lo que necesita ver "
Los nuevos hallazgos continúan con un esfuerzo de larga data por parte de los miembros del Departamento de Teoría de PPPL que se enfoca en comprender el canto, especialmente dentro de la Actualización del Experimento Nacional Tokamak Esférico de PPPL NSTX-U. "Si lo entiendes", dice White, "puedes encontrar formas de operar instalaciones de fusión sin él "
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.
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