Thomas Dalton
0 
5265
732
Poznámka editora: Tento příběh byl aktualizován v 13:35. E.T.
Záhadné, strašidelné "píšťalkové vlny", které se běžně vytvářejí bleskem, by mohly chránit reaktory jaderné syntézy před uteklými elektrony, nový výzkum naznačuje.
Tyto píšťalkové vlny se přirozeně nacházejí vysoko nad zemí v ionosféře - vrstva zemské atmosféry asi 50 až 600 mil (80 až 1000 kilometrů) nad povrchem planety. Tyto strašidelné whistlerové vlny se vytvářejí, když blesky generují pulzy elektromagnetických vln, které se pohybují mezi severní a jižní polokouli. Tyto vlny se mění, když procházejí světem, a když se tyto světelné signály převedou na zvukové signály, zní jako píšťalky.
Nyní byly tyto píšťalkové vlny objeveny v horké plazmě uvnitř tokamaku - stroje ve tvaru koblihy, kde probíhají reakce jaderné fúze - podle nedávné studie zveřejněné 11. dubna v časopise Physical Review Letters.
Protože whistlery mohou rozptylovat a bránit vysokorychlostním elektronům, mohly by poskytnout nový způsob, jak zabránit úniku elektronů z poškození vnitřku tokamaku.
Fúzní síla
Při reakcích jaderné fúze, které pohání Slunce a hvězdy, se atomy zabouchnou dohromady, roztaví se na větší atomy a uvolní energii. Po desetiletí se vědci pokoušejí využít fúzní energii na Zemi pomocí silných magnetických polí uvnitř tokamaků k ohradě koblihových mraků horké plazmy - divné fáze hmoty, která se skládá z elektricky nabitého plynu.
Uvnitř tokamaku mohou elektrická pole pohánět elektrony rychleji a rychleji. Ale jak tyto vysokorychlostní elektrony létají plazmou, nemohou zpomalit. Předměty, které se pohybují plynem nebo kapalinou, obvykle pociťují tažnou sílu, která se zvyšuje s rychlostí. Čím rychleji jedete autem, tím vyšší je odolnost proti větru. V plazmě však tažná síla klesá s rychlostí, což umožňuje elektronům akcelerovat na rychlost blízkou světlu a poškodit tokamak.
Vědci již mají několik technik ke zmírnění běžců, řekl Don Spong, fyzik z Oak Ridge National Laboratory v Tennessee a spoluautor nové studie. Mohou používat algoritmy umělé inteligence ke sledování a úpravě hustoty plazmy, aby zabránily elektronům zrychlit příliš rychle. Pokud stále existují runaways, mohou vstřikovat pelety zmrazeného neonu do plazmy, což zvyšuje hustotu plazmy a zpomaluje uteklé elektrony.
Whistlerovy vlny by však mohly být dalším způsobem, jak utěsnit uteklé elektrony. "V ideálním případě se chceme vyhnout narušení a úniku," řekl Spong. "Pokud by k tomu však došlo, chtěli bychom k dispozici více nástrojů k jejich řešení."
Zastavení běžců
V tokamaku v DIII-D National Fusion Facility v San Diegu výzkumný tým Spongu poprvé detekoval whistlerové vlny produkované utečenými elektrony.
Plazma, vysvětlil, je jako kousek Jell-O s mnoha způsoby vibrace. Pokud mají některé uprchlé elektrony správnou rychlost, vzrušují jeden z těchto režimů a vyvolávají píšťaly - podobně jako to, jak může řídit staré auto správnou rychlostí, může způsobit vibraci přístrojové desky.
"Chtěli bychom udělat reverzní inženýr, který tento proces zpracuje a umístí tyto vlny na vnější [plazma], aby rozptýlil útěky," řekl Spong..
Vědci doufají, že díky lepšímu pochopení toho, jak běžci vytvářejí píšťalky, mohou tento proces zvrátit - pomocí externí antény generují píšťalky, které mohou rozptýlit elektrony a zabránit jim v příliš rychlé zrychlení..
Vědci stále potřebují dále prozkoumat vztah mezi runaways a whistlers, Spong řekl například tím, že identifikuje, jaké frekvence a vlnové délky fungují nejlépe pro potlačení runaways a studuje, co se děje v hustší plazmě potřebné pro fúzní reaktory.
Potlačení útěkových elektronů je samozřejmě jen jednou překážkou vytváření čisté energie z jaderné fúze. V současné době fúzní reaktory vyžadují více energie k tepelné plazmě, než je produkováno fúzí. Aby vědci dosáhli bodu zlomu, musí stále přijít na to, jak získat plazmu, aby zůstala horká, aniž by museli přidávat teplo.
Spong je však optimistický, pokud jde o fúzní energii. "Jsem věřící, že je to dosažitelné."
V roce 2025 je projekt ITER v jižní Francii naplánován na zahájení experimentů. a vědci doufají, že to bude první fúzní stroj, který bude vyrábět více energie, než se používá k ohřevu plazmy. Několik skupin se zaměřilo na dosažení čisté pozitivní energie z jaderné syntézy do roku 2050. A nová spolupráce mezi společností MIT a společností s názvem Commonwealth Fusion Systems oznámila, že partneři doufají, že jaderná fúze uvede do sítě za 15 let.
Poznámka editora: Tento příběh byl aktualizován s ohledem na to, že světelné signály, nikoli světelné frekvence, jsou převáděny na zvukové signály.