Cameron Merritt
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Nota dell'editore: Questa storia è stata aggiornata alle 13:35. E.T.
Una nuova ricerca suggerisce che misteriose "onde di fischio" simili a spettrali che sono normalmente create dai fulmini potrebbero proteggere i reattori a fusione nucleare dagli elettroni in fuga..
Queste onde sibilanti si trovano naturalmente in alto nella ionosfera, uno strato dell'atmosfera terrestre a circa 80-1000 chilometri sopra la superficie del pianeta. Queste onde spettrali si formano quando i fulmini generano impulsi di onde elettromagnetiche che viaggiano tra gli emisferi settentrionale e meridionale. Queste onde cambiano di frequenza mentre attraversano il globo e quando questi segnali luminosi vengono convertiti in segnali audio, suonano come fischietti.
Ora queste onde di fischio sono state scoperte nel plasma caldo all'interno di un tokamak - la macchina a forma di ciambella dove avvengono le reazioni di fusione nucleare - secondo un recente studio pubblicato l'11 aprile sulla rivista Physical Review Letters.
Poiché i fischietti possono disperdere e impedire gli elettroni ad alta velocità, potrebbero fornire un nuovo modo per impedire agli elettroni in fuga di danneggiare l'interno di un tokamak.
Potenza di fusione
Nelle reazioni di fusione nucleare, che alimentano il sole e le stelle, gli atomi sbattono insieme, fondendosi in atomi più grandi mentre rilasciano energia. Per decenni, i ricercatori hanno cercato di sfruttare l'energia di fusione sulla Terra, utilizzando potenti campi magnetici all'interno dei tokamak per racchiudere nuvole di plasma caldo a forma di ciambella, una strana fase della materia costituita da gas caricato elettricamente.
All'interno del tokamak, i campi elettrici possono spingere gli elettroni sempre più velocemente. Ma poiché questi elettroni ad alta velocità volano attraverso il plasma, non possono rallentare. Normalmente, gli oggetti che si muovono attraverso un gas o un liquido avvertono una forza di trascinamento che aumenta con la velocità. Più velocemente guidi la tua auto, ad esempio, maggiore è la resistenza al vento che incontri. Ma nel plasma, la forza di resistenza diminuisce con la velocità, consentendo agli elettroni di accelerare fino a raggiungere la velocità della luce, danneggiando il tokamak.
I ricercatori hanno già alcune tecniche per mitigare i fuggitivi, ha detto Don Spong, fisico presso l'Oak Ridge National Laboratory nel Tennessee e coautore del nuovo studio. Possono utilizzare algoritmi di intelligenza artificiale per monitorare e regolare la densità del plasma per impedire agli elettroni di accelerare troppo velocemente. Se ci sono ancora fuggitivi, possono iniettare pellet di neon congelato nel plasma, il che aumenta la densità del plasma e rallenta gli elettroni fuggitivi.
Ma le onde del fischio potrebbero essere un altro modo per frenare gli elettroni in fuga. "Vogliamo idealmente evitare interruzioni e fughe", ha detto Spong. "Ma se si verificano, vorremmo più strumenti disponibili per gestirli".
Fermare i fuggitivi
Nel tokamak del DIII-D National Fusion Facility di San Diego, il team di ricerca di Spong ha rilevato, per la prima volta, onde di fischio prodotte da elettroni in fuga.
Il plasma, ha spiegato, è come un pezzo di gelatina con molti modi di vibrazione. Se alcuni elettroni in fuga hanno la giusta velocità, eccitano una di queste modalità e innescano onde di fischio, in modo simile a come guidare una vecchia auto alla giusta velocità può far vibrare il cruscotto.
"Quello che vorremmo fare è decodificare quel processo e mettere quelle onde all'esterno [del plasma] per disperdere i fuggitivi", ha detto Spong.
Comprendendo meglio come i fuggitivi creano fischietti, i ricercatori sperano di poter invertire il processo, utilizzando un'antenna esterna per generare fischi che possono disperdere gli elettroni e impedire loro di diventare troppo veloci.
I ricercatori devono ancora esplorare ulteriormente la relazione tra fuggitivi e fischietti, ha detto Spong, ad esempio, identificando quali frequenze e lunghezze d'onda funzionano meglio per inibire i fuggitivi e studiando cosa accade nel plasma più denso necessario per i reattori a fusione..
Ovviamente, sopprimere gli elettroni in fuga è solo un ostacolo alla creazione di energia pulita dalla fusione nucleare. In questo momento, i reattori a fusione richiedono più energia per riscaldare il plasma di quella prodotta dalla fusione. Per raggiungere il punto di pareggio, i ricercatori devono ancora capire come fare in modo che il plasma rimanga caldo senza dover aggiungere calore.
Ma Spong è ottimista sull'energia di fusione. "Sono convinto che sia realizzabile".
Nel 2025, il progetto ITER nel sud della Francia dovrebbe iniziare gli esperimenti. e gli scienziati sperano che sarà la prima macchina di fusione a produrre più energia di quella utilizzata per riscaldare il plasma. Diversi gruppi hanno puntato a raggiungere un'energia da fusione netta positiva entro il 2050. E una nuova collaborazione tra il MIT e una società chiamata Commonwealth Fusion Systems ha annunciato che i partner sperano di mettere la fusione nucleare sulla rete tra 15 anni..
Nota dell'editore: Questa storia è stata aggiornata per notare che i segnali luminosi, piuttosto che le frequenze luminose, vengono convertiti in segnali audio.