Jacob Hoover
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Nota del editor: Esta historia se actualizó a la 1:35 p.m. E.T.
Misteriosas "ondas de silbido" parecidas a fantasmas que normalmente son creadas por un rayo podrían proteger a los reactores de fusión nuclear de los electrones descontrolados, sugiere una nueva investigación.
Estas ondas silbidoras se encuentran naturalmente muy por encima del suelo en la ionosfera, una capa de la atmósfera de la Tierra a unas 50 a 600 millas (80 a 1000 kilómetros) sobre la superficie del planeta. Estas ondas silbidoras fantasmales se forman cuando los rayos generan pulsos de ondas electromagnéticas que viajan entre los hemisferios norte y sur. Estas ondas cambian de frecuencia a medida que cruzan el globo, y cuando estas señales de luz se convierten en señales de audio, suenan como silbidos..
Ahora, estas ondas de silbido se han descubierto en el plasma caliente dentro de un tokamak, la máquina con forma de rosquilla donde tienen lugar las reacciones de fusión nuclear, según un estudio reciente publicado el 11 de abril en la revista Physical Review Letters..
Debido a que los silbidos pueden dispersar e impedir los electrones de alta velocidad, podrían proporcionar una nueva forma de evitar que los electrones fugitivos dañen el interior de un tokamak..
El poder de la fusion
En las reacciones de fusión nuclear, que dan energía al sol y las estrellas, los átomos chocan entre sí, fusionándose en átomos más grandes mientras liberan energía. Durante décadas, los investigadores han intentado aprovechar la energía de fusión en la Tierra, utilizando poderosos campos magnéticos dentro de los tokamaks para acorralar nubes en forma de rosquilla de plasma caliente, una fase extraña de la materia que consiste en gas cargado eléctricamente..
Dentro del tokamak, los campos eléctricos pueden impulsar los electrones cada vez más rápido. Pero a medida que estos electrones de alta velocidad vuelan a través del plasma, no pueden frenar. Normalmente, los objetos que se mueven a través de un gas o líquido sienten una fuerza de arrastre que aumenta con la velocidad. Cuanto más rápido conduzca su automóvil, por ejemplo, más resistencia al viento encontrará. Pero en el plasma, la fuerza de arrastre disminuye con la velocidad, lo que permite que los electrones se aceleren hasta casi la velocidad de la luz, dañando el tokamak..
Los investigadores ya tienen algunas técnicas para mitigar las fugas, dijo Don Spong, físico del Laboratorio Nacional Oak Ridge en Tennessee y coautor del nuevo estudio. Pueden usar algoritmos de inteligencia artificial para monitorear y ajustar la densidad del plasma para evitar que los electrones se aceleren demasiado rápido. Si todavía hay fugitivos, pueden inyectar bolitas de neón congelado en el plasma, lo que aumenta la densidad del plasma y ralentiza los electrones fugitivos..
Pero las ondas silbidoras podrían ser otra forma de controlar los electrones fuera de control. "Idealmente queremos evitar interrupciones y fugas", dijo Spong. "Pero si ocurren, nos gustaría tener múltiples herramientas disponibles para lidiar con ellos".
Detener a los fugitivos
En el tokamak de la Instalación Nacional de Fusión DIII-D en San Diego, el equipo de investigación de Spong detectó, por primera vez, ondas de silbido producidas por electrones fugitivos..
El plasma, explicó, es como un trozo de gelatina con muchos modos de vibración. Si algunos electrones fuera de control tienen la velocidad justa, excitan uno de estos modos y activan ondas de silbido, similar a cómo conducir un automóvil viejo a la velocidad correcta puede hacer que el tablero vibre..
"Lo que nos gustaría hacer es aplicar ingeniería inversa a ese proceso y poner esas ondas en el exterior [del plasma] para dispersar a los fugitivos", dijo Spong..
Al comprender mejor cómo los fugitivos crean silbidos, los investigadores esperan poder revertir el proceso, utilizando una antena externa para generar silbidos que pueden dispersar los electrones y evitar que se vuelvan demasiado rápidos..
Los investigadores aún necesitan explorar más la relación entre fugitivos y silbadores, dijo Spong, por ejemplo, identificando qué frecuencias y longitudes de onda funcionan mejor para inhibir fugitivos y estudiando lo que sucede en el plasma más denso necesario para los reactores de fusión..
Por supuesto, suprimir los electrones fuera de control es solo un obstáculo para crear energía limpia a partir de la fusión nuclear. En este momento, los reactores de fusión requieren más energía para calentar el plasma que la que produce la fusión. Para alcanzar el punto de equilibrio, los investigadores aún tienen que descubrir cómo hacer que el plasma se mantenga caliente sin tener que agregar calor..
Pero Spong es optimista sobre la energía de fusión. "Creo que se puede lograr".
En 2025, el proyecto ITER en el sur de Francia está programado para iniciar experimentos. y los científicos esperan que sea la primera máquina de fusión que produzca más energía de la que se utiliza para calentar el plasma. Varios grupos han puesto sus miras en lograr energía de fusión neta positiva para 2050. Y una nueva colaboración entre el MIT y una compañía llamada Commonwealth Fusion Systems anunció que los socios esperan poner la fusión nuclear en la red en 15 años..
Nota del editor: Esta historia se actualizó para señalar que las señales de luz, en lugar de las frecuencias de luz, se convierten en señales de audio..