Un equipo de investigadores ha presentado un método para mitigar el daño de los electrones desbocados en los dispositivos de fusión tokamak. La estrategia aprovecha las ondas de Alfvén para interrumpir el ciclo dañino de electrones que se escapan. El descubrimiento presagia el avance de la energía de fusión, con posibles implicaciones para el proyecto ITER en curso en Francia.
Los investigadores han utilizado ondas de Alfvén para atenuar electrones descontrolados en dispositivos de fusión tokamak, lo que tiene importantes implicaciones para futuros proyectos de energía de fusión, incluido el ITER en Francia.
Científicos dirigidos por Zhang Liu del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) reveló un enfoque prometedor para mitigar el daño de los electrones desbocados causado por la turbulencia en los dispositivos de fusión tokamak. La clave de este enfoque fue aprovechar un género único. plasma Una ola que lleva el nombre del astrofísico Hans Alvvén, premio Nobel en 1970.
Se sabe desde hace mucho tiempo que las ondas de Alfvén aflojan el confinamiento de partículas de alta energía en los reactores tokamak, permitiendo que algunas escapen y reduciendo la eficiencia de los dispositivos con forma de rosquilla. Sin embargo, nuevos hallazgos de Zhang Liu e investigadores de General Atomics, la Universidad de Columbia y PPPL han revelado resultados útiles en el caso de electrones desbocados.
Gran proceso circular
Los científicos descubrieron que tal aflojamiento podría dispersar o dispersar electrones de alta energía antes de que se conviertan en avalanchas que dañen los componentes del tokamak. Se determina que este proceso es notablemente circular: los fugitivos crean inestabilidades que dan lugar a ondas de Alfvén que impiden que se forme la avalancha.
«Estos hallazgos proporcionan una explicación completa para la observación directa de las ondas de Alfvén en experimentos de inactivación», dijo Liu, investigador del PPPL y autor principal de un artículo que detalla los hallazgos. Cartas de revisión física. «Los resultados demuestran un vínculo claro entre estos patrones y la generación de electrones desbocados».
Chang Liu. Crédito: Elle Starkman
Los investigadores dedujeron una teoría para el circuito observado de estas interacciones. Los resultados encajan bien con los fugitivos en experimentos realizados en la Instalación Nacional de Fusión DIII-D, un tokamak del Departamento de Energía operado por General Atomics para la Oficina de Ciencias. Las pruebas de la teoría también han resultado positivas en la supercomputadora Summit ubicada en el Laboratorio Nacional Oak Ridge.
«El trabajo de Zhang Liu muestra que el tamaño del conjunto de electrones que se escapan puede controlarse mediante inestabilidades provocadas por los propios electrones que se escapan», dijo Félix Parra Díaz, jefe de teoría de PPPL. «Su investigación es muy interesante porque puede conducir a diseños de tokamak que mitiguen naturalmente el daño de los electrones descontrolados a través de la inestabilidad inherente».
Enfriamiento térmico
La turbulencia comienza con una fuerte caída de las temperaturas de millones de grados necesarias para las reacciones de fusión. Estas gotas, llamadas “apagón térmico”, liberan avalanchas de deslizamientos de tierra similares a los deslizamientos de tierra provocados por terremotos. «Controlar las turbulencias es un desafío importante para el éxito del tokamak», afirmó Liu.
Las reacciones de fusión combinan elementos ligeros en forma de plasma (el estado caliente y cargado de la materia formado por electrones libres y núcleos atómicos llamados iones) para liberar la energía masiva que alimenta el sol y las estrellas. Por lo tanto, mitigar el riesgo de turbulencias y electrones desbocados proporcionaría un beneficio único a las instalaciones de tokamak diseñadas para reproducir el proceso.
Por lo tanto, mitigar el riesgo de turbulencias y electrones desbocados proporcionaría un beneficio único a las instalaciones de tokamak diseñadas para reproducir el proceso.
La energía de fusión nuclear puede ser una fuente fundamental de energía sostenible para complementar las fuentes de energía renovables. El experimento de fusión más grande del mundo, ITER, se está construyendo en Francia. Crédito: ITER
El nuevo enfoque podría tener implicaciones para el progreso del proyecto ITER, un tokamak internacional en construcción en Francia para demostrar la aplicación práctica de la energía de fusión y podría representar un paso importante en el desarrollo de centrales eléctricas de fusión.
«Nuestros hallazgos allanan el camino para la creación de nuevas estrategias para mitigar los electrones desbocados», dijo Liu. Ahora se encuentran en la etapa de planificación campañas experimentales en las que los tres centros de investigación pretenden desarrollar aún más los sorprendentes resultados.
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