Νέα έρευνα αποκαλύπτει πώς τα ενεργητικά σωματίδια μπορούν να σταθεροποιήσουν το πλάσμα στους αντιδραστήρες σύντηξης, ένα κρίσιμο βήμα για καθαρή, απεριόριστη ενέργεια, όπως δίνουν οι πληροφορίες του Πανεπιστημίου της Σεβίλλης.
Πυρηνική σύντηξη και μέλλον
Η πυρηνική σύντηξη, η διαδικασία που δίνει ενέργεια στα αστέρια, βρίσκεται ένα βήμα πιο κοντά στην πραγματοποίηση ως καθαρή και ανεξάντλητη πηγή ενέργειας.
Η πρόκληση της βιώσιμης ενέργειας και η σύντηξη
Η ανάπτυξη βιώσιμων πηγών ενέργειας για την κάλυψη της παγκόσμιας ζήτησης αποτελεί μία από τις μεγαλύτερες επιστημονικές προκλήσεις της εποχής μας. Ανάμεσα στις υποσχόμενες λύσεις, η πυρηνική σύντηξη ξεχωρίζει ως μια καθαρή και πρακτικά απεριόριστη πηγή ενέργειας.
Ο πιο υποσχόμενος τρόπος παραγωγής ενέργειας σύντηξης είναι ο αντιδραστήρας Tokamak, που χρησιμοποιεί μαγνητικά πεδία για τη συγκράτηση του πλάσματος.
Η υψηλή συγκράτηση του πλάσματος είναι απαραίτητη για την επιτυχία των εργοστασίων πυρηνικής σύντηξης και αποτελεί τον τελικό στόχο του ITER, του μεγαλύτερου Tokamak στον κόσμο, που κατασκευάζεται στην Cadarache της Γαλλίας.
Ωστόσο, στις σημερινές Tokamak, οι αστάθειες στα άκρα του πλάσματος, γνωστές ως Εντοπισμένοι Τρόποι Άκρων (ELMs), προκαλούν σημαντικές απώλειες σωματιδίων και ενέργειας, όπως οι ηλιακές εκλάμψεις που εμφανίζονται στην επιφάνεια του Ήλιου.
Αυτές οι απώλειες μπορούν να οδηγήσουν σε διάβρωση και ακραίες θερμικές ροές στα εξαρτήματα του αντιδραστήρα, δημιουργώντας μη βιώσιμες συνθήκες για μελλοντικούς αντιδραστήρες σύντηξης.
Ο ρόλος των ενεργητικών σωματιδίων στους αντιδραστήρες σύντηξης
Τα ενεργητικά (υπερθερμικά) σωματίδια αποτελούν βασική πηγή ορμής και ενέργειας, ειδικά σε μελλοντικά πλάσματα καύσης. Πρέπει να συγκρατούνται αποτελεσματικά για να εξασφαλιστεί μια αυτοσυντηρούμενη αντίδραση σύντηξης.
Μια διεθνής συνεργασία μελέτησε την επίδραση των ενεργητικών ιόντων σε αυτές τις αστάθειες (ELMs). Η ομάδα συνδύασε πειράματα, μοντελοποίηση και προσομοιώσεις για να κατανοήσει τη συμπεριφορά των ELMs παρουσία ενεργητικών σωματιδίων. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν στον Tokamak ASDEX Upgrade, μια συσκευή σύντηξης στο Ινστιτούτο Φυσικής Πλάσματος Max Planck (Garching, Γερμανία).
Οι προσομοιώσεις πραγματοποιήθηκαν με τον υβριδικό κώδικα MEGA, που υπολογίζει την αυτοσυνεπή αλληλεπίδραση μεταξύ ELMs και ενεργητικών σωματιδίων. Η σύγκριση των αποτελεσμάτων μοντελοποίησης με τα πειραματικά δεδομένα παρέχει μια νέα φυσική κατανόηση για τα ELMs παρουσία ενεργητικών σωματιδίων.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η χωροχρονική δομή των ELMs επηρεάζεται σημαντικά από τον πληθυσμό των ενεργητικών σωματιδίων και ότι ο μηχανισμός αλληλεπίδρασης περιλαμβάνει συντονισμένη ανταλλαγή ενέργειας μεταξύ τους.
Νέα ευρήματα από την έρευνα για τη σύντηξη
Αυτός ο μηχανισμός αλληλεπίδρασης βοηθά να εξηγηθούν ποιοτικά οι εντυπωσιακές ομοιότητες μεταξύ των πειραματικών υπογραφών των ELMs που είναι ορατές σε μαγνητικά διαγνωστικά και σε ανιχνευτές ταχείας απώλειας ιόντων.
Η εργασία αυτή, που πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο της Ευρωπαϊκής κοινοπραξίας EUROfusion, δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο Nature Physics.
«Στην έρευνά μας, αποδεικνύουμε ότι οι κινητικές επιδράσεις των ενεργητικών ιόντων μπορούν να αλλάξουν τη χωροχρονική δομή των ELMs. Το φαινόμενο είναι ανάλογο με έναν σέρφερ που -καβαλάει- το κύμα, αφήνοντας αποτυπώματα στο κύμα όσο το διασχίζει. Στο πλάσμα, το ενεργητικό σωματίδιο αλληλεπιδρά με το κύμα MHD (το ELM) και μπορεί να αλλάξει τη χωροχρονική του δομή. Τα αποτελέσματά μας μπορεί να έχουν σημαντικές επιπτώσεις στη βελτιστοποίηση τεχνικών ελέγχου ELMs, όπως η χρήση ενεργητικών σωματιδίων ως ενεργά εργαλεία ελέγχου αυτών των κυμάτων MHD», εξηγεί ο κύριος συγγραφέας Jesús José Domínguez-Palacios Durán.
Επίδραση για τον ITER και μελλοντικά σχέδια
Αυτή η πρωτοποριακή εργασία παρέχει για πρώτη φορά λεπτομερή κατανόηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ ενεργητικών ιόντων και ELMs. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι στον ITER αναμένεται ισχυρή ανταλλαγή ενέργειας και ορμής μεταξύ ELMs και ενεργητικών ιόντων.
Αναφορά: “Effect of energetic ions on edge-localized modes in tokamak plasmas” από τους J. Dominguez-Palacios και συνεργάτες, 6 Ιανουαρίου 2025, Nature Physics.
DOI: 10.1038/s41567-024-02715-6
Η εργασία χρηματοδοτήθηκε από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο Έρευνας, την κοινοπραξία EUROfusion, το Ισπανικό Υπουργείο Επιστήμης, Καινοτομίας και Πανεπιστημίων και τη Junta de Andalucía.
VIA: Πηγή Άρθρου
Greek Live Channels Όλα τα Ελληνικά κανάλια: Βρίσκεστε μακριά από το σπίτι ή δεν έχετε πρόσβαση σε τηλεόραση; Το IPTV σας επιτρέπει να παρακολουθείτε όλα τα Ελληνικά κανάλια και άλλο περιεχόμενο από οποιαδήποτε συσκευή συνδεδεμένη στο διαδίκτυο. Αν θες πρόσβαση σε όλα τα Ελληνικά κανάλια Πατήστε Εδώ
Ακολουθήστε το TechFreak.GR στο Google News για να μάθετε πρώτοι όλες τις ειδήσεις τεχνολογίας.
