Fusionsforskere finder inspiration i atmosfæriske fløjter

Udfordringen med fusionsenergi er ofte lig med at fange - og holde - lyn i en flaske. Analogien er passende. Lyn og et fusionsenergiplasma har meget tilfælles. Ligheder inkluderer meget høje temperaturer, massive elektriske ladninger, og ekstremt kompleks væskedynamik. Forskere ved DIII-D National Fusion Facility fandt en anden egenskab, der deles mellem de to typer plasmaer:en ulige elektromagnetisk bølge kendt som en whistler. Hvis deres teorier er korrekte, whistler -opdagelsen kunne hjælpe med bedre at forstå løbende elektroner i tokamaks. Det kan endda hjælpe med at kontrollere disse destruktive partikler.

Løbende elektroner er en væsentlig bekymring for fremtidige store tokamak -enheder som ITER. Disse elektroner skal afbødes på grund af deres potentiale til at forårsage betydelig skade på væggene i plasma-begrænsende tokamakker. Forskere ved DIII-D og andre fusionsfaciliteter undersøger metoder til at kontrollere løbende. Mens der stadig er meget arbejde at gøre, holdet mener, at der er en måde at injicere whistlers i et plasma for at styre løbende elektroner. Whistlers ville bløde energi fra partiklerne, gør dem mindre tilbøjelige til at løbe væk.

I mere end et århundrede, mystiske elektromagnetiske bølger, der forekommer naturligt i jordens ionosfære - generelt forårsaget af lyn - er blevet opdaget over telefonlinjer, antenner, og satellitter. De blev navngivet whistlers på grund af deres karakteristiske tidsvarierende frekvenser, som er umiskendelige, når signalerne konverteres til lyd.

Teoretikere har i årevis forudsagt, at whistlers kunne eksistere i en tokamak, men eksperimentelle var aldrig i stand til direkte at observere bølgerne. For nylig, imidlertid, et team på DIII-D genererede ekstremt diffuse plasmaer med et lavt magnetfelt, der gav den karakteristiske fløjt af de elektromagnetiske svingninger. Det er, forskere ved DIII-D var i stand til at måle tilstedeværelsen af ​​whistlerbølger i en tokamak for første gang. Forskerne mener, at whistlers drives af løbende elektroner.

Løbende elektroner udvikler sig på grund af et usædvanligt træk ved plasmaer - et kollisionstræk, der falder med stigende hastighed. Dette gør det muligt for energiske elektroner, der er i nærvær af et elektrisk felt i en tokamak, frit at accelerere til høje energier. Løbende elektroner i fusionsreaktorer når kun en terminalhastighed, når de nærmer sig lysets hastighed, ifølge Einsteins relativitetsteori. Disse elektroner kaldes altså løbende elektroner.

For at illustrere det underlige ved denne egenskab, hvis skydiver oplevede det samme fænomen, at springe ud af et fly ville altid være dødeligt, da skydiver er afhængig af stigende træk med stigende hastighed for at give en terminalhastighed.

Hvis store strømninger af løbende flugt skulle slippe ud af plasmaet i en fusionsreaktor, de kan forårsage skade på de omgivende materialevægge. Whistlers kan spille en rolle i reguleringen af ​​generation og udvikling af løbende elektroner. DIII-D-eksperimenterne viser, at whistlerbølger drevet af løbende elektroner modificerer de løbende på en sådan måde, at de omdirigerer noget af deres energi.

En lignende idé bliver undersøgt i ionosfæriske undersøgelser af whistlerbølger. Dirigerede energiske elektronkomponenter er også til stede i ionosfæren og kan beskadige satellitter. Whistler -bølger forventes at afbøde disse effekter på en måde, der ligner den, der udforskes i tokamaks. Whistlers spiller også en vigtig rolle i rumvejr og regulering af jordens Van Allen -bælter. DIII-D-eksperimenterne giver det første direkte bevis på, at sådanne bølger findes i en tokamak og åbner et spændende nyt udforskningsfelt, der kan have kritisk betydning for ITER og andre store tokamaks.