Peter Tucker
0 
3908
205
Opmerking van de uitgever: Dit verhaal is om 13:35 uur bijgewerkt. E.T.
Mysterieuze, spookachtige "fluitgolven" die normaal door bliksem worden gecreëerd, kunnen kernfusiereactoren beschermen tegen weggelopen elektronen, suggereert nieuw onderzoek.
Deze fluitgolven worden van nature hoog boven de grond in de ionosfeer aangetroffen - een laag van de atmosfeer van de aarde ongeveer 50 tot 600 mijl (80 tot 1000 kilometer) boven het aardoppervlak. Deze spookachtige fluitgolven ontstaan wanneer bliksemschichten pulsen van elektromagnetische golven genereren die zich verplaatsen tussen het noordelijk en zuidelijk halfrond. Deze golven veranderen in frequentie terwijl ze de aardbol oversteken, en wanneer deze lichtsignalen worden omgezet in audiosignalen, klinken ze als fluitjes.
Nu zijn deze fluitgolven ontdekt in het hete plasma in een tokamak - de ringvormige machine waar kernfusiereacties plaatsvinden - volgens een recente studie gepubliceerd op 11 april in het tijdschrift Physical Review Letters.
Omdat fluiters supersnelle elektronen kunnen verstrooien en belemmeren, kunnen ze een nieuwe manier bieden om te voorkomen dat weggelopen elektronen de binnenkant van een tokamak beschadigen..
Fusiekracht
Bij kernfusiereacties, die de zon en de sterren aandrijven, slaan atomen tegen elkaar aan, versmelten tot grotere atomen terwijl ze energie vrijgeven. Al decennia lang proberen onderzoekers fusie-energie op aarde te benutten door krachtige magnetische velden in tokamaks te gebruiken om donutvormige wolken van heet plasma samen te brengen - een rare fase van materie die bestaat uit elektrisch geladen gas..
In de tokamak kunnen elektrische velden elektronen steeds sneller voortstuwen. Maar aangezien deze supersnelle elektronen door het plasma vliegen, kunnen ze niet langzamer gaan werken. Normaal gesproken voelen objecten die door een gas of vloeistof bewegen een sleepkracht die toeneemt met de snelheid. Hoe sneller je bijvoorbeeld met je auto rijdt, hoe meer windweerstand je tegenkomt. Maar in plasma neemt de sleepkracht af met de snelheid, waardoor elektronen kunnen versnellen tot bijna de lichtsnelheid, waardoor de tokamak wordt beschadigd..
Onderzoekers hebben al een paar technieken om weglopers te verzachten, zei Don Spong, een natuurkundige aan het Oak Ridge National Laboratory in Tennessee en een co-auteur van de nieuwe studie. Ze kunnen kunstmatige intelligentie-algoritmen gebruiken om de dichtheid van het plasma te bewaken en aan te passen om te voorkomen dat elektronen te snel versnellen. Als er nog steeds weglopers zijn, kunnen ze pellets van bevroren neon in het plasma injecteren, waardoor de plasmadichtheid toeneemt en op hol geslagen elektronen worden vertraagd.
Maar fluitgolven kunnen nog een andere manier zijn om weggelopen elektronen in toom te houden. "We willen idealiter verstoringen en weglopers vermijden", zei Spong. "Maar als ze zich voordoen, willen we dat er meerdere tools beschikbaar zijn om ermee om te gaan."
Weglopers stoppen
In de tokamak van de DIII-D National Fusion Facility in San Diego ontdekte het onderzoeksteam van Spong voor het eerst fluitgolven die werden geproduceerd door weggelopen elektronen..
Plasma, legde hij uit, is als een stukje Jell-O met vele vibratiemodi. Als sommige op hol geslagen elektronen precies de juiste snelheid hebben, wekken ze een van deze modi op en veroorzaken ze fluitgolven - vergelijkbaar met hoe het dashboard kan trillen door een oude auto met precies de juiste snelheid te besturen.
"Wat we zouden willen doen is dat proces reverse-engineeren en die golven aan de buitenkant [van het plasma] plaatsen om de weglopers te verspreiden", zei Spong..
Door beter te begrijpen hoe weglopers fluiters maken, hopen de onderzoekers dat ze het proces kunnen omkeren - door een externe antenne te gebruiken om fluiters te genereren die de elektronen kunnen verstrooien en voorkomen dat ze te snel worden.
De onderzoekers moeten de relatie tussen weglopers en fluiters nog verder onderzoeken, zei Spong bijvoorbeeld door te identificeren welke frequenties en golflengten het beste werken om weglopers te remmen en door te bestuderen wat er gebeurt in het dichtere plasma dat nodig is voor fusiereactoren..
Het onderdrukken van weggelopen elektronen is natuurlijk slechts één hindernis voor het creëren van schone energie door kernfusie. Op dit moment hebben fusiereactoren meer energie nodig om plasma te verwarmen dan er door de fusie wordt geproduceerd. Om het break-evenpunt te bereiken, moeten onderzoekers nog steeds uitzoeken hoe ze plasma warm kunnen houden zonder warmte toe te voegen.
Maar Spong is optimistisch over fusie-energie. "Ik ben een gelovige dat het haalbaar is."
In 2025 zal het ITER-project in Zuid-Frankrijk beginnen met experimenten. en wetenschappers hopen dat het de eerste fusiemachine zal zijn die meer energie produceert dan wordt gebruikt om het plasma te verwarmen. Verschillende groepen hebben hun zinnen gezet op het bereiken van netto positieve fusie-energie tegen 2050. En een nieuwe samenwerking tussen MIT en een bedrijf genaamd Commonwealth Fusion Systems kondigde aan dat de partners hopen kernfusie binnen 15 jaar op het net te zetten..
Opmerking van de uitgever: Dit verhaal is bijgewerkt om op te merken dat lichtsignalen, in plaats van lichtfrequenties, worden omgezet in audiosignalen.