Los científicos que buscan llevar la fusión que impulsa al sol y las estrellas a la Tierra deben lidiar con las inestabilidades en forma de diente de sierra:oscilaciones ascendentes y descendentes en la presión central y la temperatura del plasma que alimenta las reacciones de fusión. similar a las hojas dentadas de una sierra. Si estos columpios son lo suficientemente grandes, pueden provocar el colapso repentino de toda la descarga de plasma. Estos cambios se observaron por primera vez en 1974 y hasta ahora han eludido una teoría ampliamente aceptada que explica las observaciones experimentales.

De acuerdo con las observaciones

Investigadores del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han propuesto una nueva teoría para explicar los cambios que ocurren en los tokamaks con forma de rosquilla, o instalaciones de fusión. La teoría, creado a través de simulaciones por computadora de alta fidelidad, parece coherente con las observaciones realizadas durante los experimentos de tokamak, dijeron los investigadores. Comprender el proceso podría resultar vital para las instalaciones de fusión de próxima generación como ITER, el experimento internacional en construcción en Francia para demostrar la practicidad de la energía de fusión.

Fusion combina elementos ligeros en forma de plasma:el calor, estado cargado de la materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos, que genera cantidades masivas de energía. Los científicos que buscan replicar la fusión en la Tierra tienen la intención de proporcionar un suministro virtualmente inagotable de energía limpia y segura para generar electricidad.

Los hallazgos recientes demuestran que cuando la presión en el núcleo del plasma alcanza cierto punto, Pueden excitarse otras inestabilidades que produzcan caídas repentinas de presión y temperatura. Estas inestabilidades crean campos magnéticos confusos o estocásticos en el núcleo del plasma que provocan el colapso. dijo el físico Stephen Jardin, autor principal de un artículo que describe el proceso en Física de Plasmas y destacado en una publicación destacada del Instituto Americano de Física llamada "SciLight".

"La mayoría de las descargas de tokamak exhiben dientes de sierra, "Jardin dijo, "y estamos tratando de proporcionar la teoría de la física detrás de ellos".

Los nuevos hallazgos se apartan drásticamente de una teoría arraigada de que la causa de los cambios es una inestabilidad que conduce a la reconexión magnética:la ruptura y el chasquido de las líneas del campo magnético en el plasma. "Esa teoría ha existido durante más de 40 años, "Dijo Jardin.

Motivando la nueva teoría

Motivar la nueva teoría es una investigación previa de PPPL que demuestra cómo la inestabilidad que se pensaba que conducía a la reconexión magnética puede, De hecho, autoestabilizar el plasma. Lo hace produciendo un voltaje localizado que evita que la corriente en el núcleo del plasma alcance un pico lo suficiente como para estar sujeta a una reconexión magnética.

La nueva explicación sostiene que aunque se suprime la reconexión magnética, un aumento de calor en el núcleo del plasma puede excitar inestabilidades localizadas que actúan juntas para aplanar la presión y la temperatura durante el ciclo de dientes de sierra. Simulaciones producidas por códigos desarrollados por Jardin y el físico de PPPL Nate Ferraro, un coautor del artículo, demostrar este proceso. Las nuevas inestabilidades pueden crecer muy rápido, coherente con el rápido colapso del calor observado en experimentos que la teoría tradicional no puede explicar.

Este modelo avanzado proporciona una nueva forma de comprender los fenómenos del diente de sierra. Mirando hacia el futuro, los científicos quieren explorar la aplicabilidad del modelo a tareas tales como describir la evolución de los "dientes de sierra monstruosos" y usar antenas de radiofrecuencia de alta potencia para controlar los cambios de dientes de sierra. "Queremos desarrollar un modelo de simulación de un plasma tokamak completo, "Jardin dijo, "y esta nueva teoría de los dientes de sierra es una parte importante del esfuerzo".