Un equipo de físicos dirigido por Stephen Jardin del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton del Departamento de Energía de los EE. UU. PPPL ha descubierto un mecanismo que evita que la corriente eléctrica que fluye a través del plasma de fusión se repita y se bloquea repetidamente. Este comportamiento se conoce como "diente de sierra"ciclo "y puede causar inestabilidades en el núcleo del plasma. Los resultados han sido aceptados para su publicación en Cartas de revisión física. La investigación fue apoyada por la Oficina de Ciencia del DOE Oficina de Ciencias de la Energía de Fusión.
El equipo, que incluía científicos del General Atomics y del Instituto Max Planck de Física del Plasma, realizó cálculos en la computadora Edison en el Centro Nacional de Investigación Científica de Investigación de Energía, una división del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. Usando M3D-C1, undesarrollaron un programa que crea simulaciones tridimensionales de plasmas de fusión y descubrieron que, bajo ciertas condiciones, se forma un remolino de plasma en forma de hélice alrededor del centro del tokamak. El remolino de plasma actúa como una dinamo, un fluido en movimiento que crea electricidad ycampos magnéticos. Juntos, estos campos evitan que la corriente que fluye a través del plasma alcance su pico y se estrelle.
Los investigadores encontraron dos condiciones específicas bajo las cuales el plasma se comporta como una dinamo. Primero, las líneas magnéticas que rodean el plasma deben rotar exactamente una vez, tanto a lo largo como a lo largo de la configuración en forma de rosquilla, por lo que un electrón oEl ión que sigue una línea de campo magnético terminaría exactamente donde comenzó. En segundo lugar, la presión en el centro del plasma debe ser significativamente mayor que en el borde, creando un gradiente entre las dos secciones. Este gradiente se combina con las líneas de campo magnético giratoriopara crear rollos giratorios de plasma que giran alrededor del tokamak y dan lugar a la dinamo que mantiene el equilibrio y produce estabilidad.
Este comportamiento de dínamo surge solo durante ciertas condiciones. Tanto la corriente eléctrica que atraviesa el plasma como la presión que los electrones e iones del plasma ejercen sobre sus vecinos deben estar en un cierto rango que "no es demasiado grande ni demasiado pequeño".dijo Jardin. Además, la velocidad a la que se establecen las condiciones para la reacción de fusión debe ser "no demasiado rápida ni demasiado lenta".
Jardin enfatizó que una vez que se establece un rango de condiciones como la presión y la corriente, el fenómeno dínamo ocurre por sí solo. "No tenemos que hacer nada más desde el exterior", señaló. "Es algo así como cuando se drenasu bañera y una bañera de hidromasaje se forman sobre el desagüe por sí mismas. Pero debido a que un plasma es más complicado que el agua, la bañera de hidromasaje que se forma en el tokamak también necesita generar el voltaje para sostenerse ".
Durante las simulaciones, los científicos pudieron agregar virtualmente nuevos diagnósticos o sondas al código de la computadora ". Estos diagnósticos pudieron medir los campos de velocidad helicoidales, el potencial eléctrico y los campos magnéticos para aclarar cómo se forma y persiste la dinamo,"dijo Jardin. La persistencia produce el" voltaje en el centro de la descarga que evita que la corriente de plasma alcance su pico ".
Los físicos han observado indirectamente lo que creen que es el comportamiento de la dinamo en el DIII-D National Fusion Facility que General Atomics opera para el Departamento de Energía en San Diego y la actualización ASDEX en Garching, Alemania. Esperan aprender a crear estoscondiciones bajo demanda, especialmente en ITER, la enorme máquina de fusión multinacional que se está construyendo en Francia para demostrar la practicidad del poder de fusión. "Ahora que lo entendemos mejor, creemos que las simulaciones por computadora nos mostrarán en qué condiciones ocurrirá esto en ITER,"dijo Jardin." Ese será el foco de nuestra investigación en el futuro cercano ".
Aprender a crear estas condiciones tiene implicaciones importantes para ITER, que producirá núcleos de helio que podrían amplificar las interrupciones del diente de sierra. Si son lo suficientemente grandes, estas interrupciones podrían causar otras inestabilidades que podrían detener el proceso de fusión. Por lo tanto, evitar el inicio del cicloSer altamente beneficioso para el experimento ITER.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Sociedad Estadounidense de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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