Los científicos que buscan llevar a la Tierra la energía de fusión que impulsa al sol y las estrellas utilizan ondas de radiofrecuencia (RF), las mismas ondas que llevan la radio y la televisión a los hogares, para calentar e impulsar la corriente en el plasma que alimenta las reacciones de fusión. Los científicos ahora han desarrollado una forma de establecer el camino para medir las ondas que podrían usarse para validar las predicciones de su impacto. preparando el escenario para futuros experimentos mejorados que podrían resultar en traer energía de la fusión a la Tierra.

Avance potencial

El avance potencial, dirigido por investigadores del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), podría conducir a experimentos de seguimiento en la Actualización del Experimento Nacional Esférico Tokamak (NSTX-U), el experimento de fusión insignia en PPPL que se está reparando, así como otras instalaciones de fusión en todo el mundo. "Si nuestro método funciona, sería una herramienta muy útil para muchos reactores de fusión, "dijo Grant Rutherford, estudiante de primer año en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y autor principal de un artículo en el Revisión de instrumentos científicos que escribió como pasante de laboratorio de pregrado de ciencias del DOE de la Universidad de Brown (SULI) en PPPL.

La clave para predecir el impacto de las ondas de RF es medir las fluctuaciones, o columpios, crean en la densidad de los plasmas de fusión. "Una vez que tengamos esas fluctuaciones, podríamos trabajar hacia atrás para ver cuáles fueron esos campos de RF que crearon las fluctuaciones, "Dijo Rutherford.

Sin embargo, la alta frecuencia de las ondas de RF hace que las oscilaciones se produzcan con demasiada rapidez para medirlas. Entonces, los investigadores crearon una "onda batida" al lanzar dos ondas a diferentes frecuencias, una técnica que produjo oscilaciones mensurables. "Si pudiéramos crear una fluctuación de la onda de tiempo y medirla, tendríamos una nueva herramienta para validar las predicciones para el calentamiento de RF y el impulso de corriente, "Explicó Rutherford.

Tales mediciones tendrían amplios beneficios. Por ejemplo, podrían facilitar el estudio del rendimiento de los actuadores de ondas de RF, dijo el físico de PPPL Nicola Bertelli, un coautor del artículo, y podría permitir la validación de las herramientas de cálculo de RF desarrolladas en toda la comunidad de fusión. Es más, dijo David Smith, un físico de la Universidad de Wisconsin y coautor del artículo, "Nuestros cálculos proporcionan una evaluación inicial de la técnica y motivan los experimentos de seguimiento en NSTX-U".

Las reacciones de fusión combinan elementos ligeros en forma de plasma:el calor, estado cargado de materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos que constituye el 99 por ciento del universo visible, para generar cantidades masivas de energía. Reproducir y controlar este proceso en la Tierra crearía un suministro virtualmente inagotable de energía limpia y segura para generar electricidad. La fusión podría convertirse en un importante contribuyente a la transición de los EE. UU. De los combustibles fósiles a una fuente de generación eléctrica con bajas emisiones de carbono.

Probando la técnica

Rutherford y sus coautores probaron su técnica creando una versión sintética de un diagnóstico de espectroscopia de emisión de haz 2D (BES) para evaluar inyecciones de RF simuladas en el plasma. Su objetivo era comprender y mejorar la capacidad de medir las ondas de campo de RF que crean los cambios.

Avanzando, "Esperamos que, al aumentar nuestra capacidad de medición, aumentaremos nuestra capacidad para comprender el calentamiento y los procesos de conducción actuales, pero lo dejamos para el trabajo futuro, ", Dijo Rutherford. Ese trabajo también podría mostrar si el diagnóstico de BES en el que los científicos basaron su modelo podría medir los cambios de densidad en plasmas de fusión reales," o si algún otro diagnóstico haría mejor el trabajo crítico.