Las oscilaciones de diente de sierra, ondas ascendentes y descendentes que se encuentran en todo, desde los precios de las acciones en Wall Street hasta las olas del océano, se producen periódicamente en la temperatura y la densidad del plasma que alimenta las reacciones de fusión en instalaciones en forma de rosquilla llamadas tokamaks. Estas oscilacionesa veces puede combinarse con otras inestabilidades en el plasma para producir una tormenta perfecta que detiene las reacciones. Sin embargo, algunos plasmas están libres de giros de diente de sierra gracias a un mecanismo que ha desconcertado a los físicos durante mucho tiempo.
Investigadores del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton PPPL del Departamento de Energía de los Estados Unidos DOE han producido recientemente simulaciones complejas del proceso que pueden mostrar la física detrás de este mecanismo, que se llama "bombeo de flujo magnético". Desentrañar el proceso podría avanzarEl desarrollo de la energía de fusión.
Fusion impulsa el sol y las estrellas
Fusion, el poder que impulsa el sol y las estrellas, es la fusión de elementos de luz en forma de plasma, el estado caliente y cargado de materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos, que genera cantidades masivas de energía.buscan replicar la fusión en la Tierra para un suministro de energía prácticamente inagotable para generar electricidad.
El mecanismo de bombeo de flujo limita la corriente en el núcleo del plasma que completa el campo magnético que limita el gas caliente y cargado que produce las reacciones. Este desarrollo, que se encuentra en algunos plasmas de fusión, evita que la corriente se vuelva lo suficientemente fuerte como para desencadenarla inestabilidad del diente de sierra.
Encabezando la investigación que descubrió el proceso fue la física Isabel Krebs, autora principal de a Física de plasma documento que describe el mecanismo que se publicó en septiembre pasado y se convirtió en un punto culminante de la Oficina de Ciencia del DOE en junio que resume los hallazgos. Krebs, un asociado postdoctoral, utilizó el código M3D-C1 desarrollado por PPPL para simular el proceso en elgrupo de computadoras de alto rendimiento en PPPL, trabajando en estrecha colaboración con los físicos teóricos Stephen Jardin y Nate Ferraro, desarrolladores del código. "El mecanismo detrás del bombeo de flujo magnético no se había entendido", dijo Jardin. "El artículo de Isabel describe el proceso".
escenarios híbridos
En las simulaciones PPPL, el bombeo de flujo magnético se desarrolla en "escenarios híbridos" que existen entre regímenes estándar, que incluyen plasmas de alto confinamiento modo H y de bajo confinamiento modo L, y escenarios avanzados en los queel plasma funciona en un estado estable. En escenarios híbridos, la corriente permanece plana en el núcleo del plasma mientras la presión del plasma se mantiene lo suficientemente alta.
Esta combinación crea lo que se llama "un modo de cuasi-intercambio" que actúa como un mezclador que agita el plasma mientras deforma el campo magnético. El mezclador produce un poderoso efecto que mantiene la planitud de la corriente y evita la inestabilidad del diente de sierraUn proceso similar mantiene el campo magnético que protege a la Tierra de los rayos cósmicos, y el líquido fundido en el núcleo de hierro del planeta sirve como mezclador.
El mecanismo también se regula a sí mismo, como lo muestran las simulaciones. Si el bombeo de flujo se vuelve demasiado fuerte, la corriente en el núcleo del plasma permanece "justo por debajo del umbral para la inestabilidad del diente de sierra", según Krebs. Al permanecer por debajo del umbral, la corriente evita que la temperatura y la densidad del plasma zigzagueen hacia arriba y hacia abajo.
Las simulaciones podrían conducir a medidas para evitar los cambios problemáticos. "Este mecanismo puede ser de considerable interés para futuros experimentos de fusión a gran escala como ITER", dijo Krebs. Para ITER, el principal experimento internacional de fusión en construcción en Francia,la creación de un escenario híbrido podría producir bombeo de flujo y disuadir inestabilidades de diente de sierra
Una forma de desarrollar el escenario híbrido será que los operadores de ITER experimenten con el tiempo de la potencia del haz neutro que calentará el plasma ITER a temperaturas de fusión. Tales experimentos podrían conducir a la combinación de corriente de plasma y presión que produce diente de sierra-operación libre.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Princeton Plasma Physics Laboratory . Original escrito por John Greenwald. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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