Turbulente plasmăO glumă veche susţine că aplicaţiile practice ale fuziunii nucleare vor fi realizabile în următorii 20 de ani şi aşa va fi întotdeauna. Un fenomen simplu explică de ce aplicaţiile practice ale reacţiilor de fuziune nucleară sunt dificil de realizat.

 

 

 

Aplicaţiile practice ale reacţiilor de fuziune nucleară, autoîntreţinute, s-au dovedit dificil de realizat pentru că turbulenţa dintr-un gaz super-fierbinte, încărcat electric, numit plasmă, care circulă în interiorul unui reactor de fuziune, poate provoca pierderea unei mari părţi din căldura plasmei. Acest fenomen împiedică plasma de a ajunge la temperaturile necesare pentru a se putea depăşi respingerea electrică dintre nucleele atomice, care, la rândul său, împiedică fuziunea acestor nuclee. Dar, pentru a reuşi să reducă aceste turbulenţe, oamenii de ştiinţă trebuie mai întâi să le înţeleagă.

Cercetătorii din cadrul Plasma Science and Fusion Center (PSFC) al MIT (Massachusetts Institute of Technology) au făcut un pas important în această direcţie prin cuantificarea unui tip necunoscut anterior de turbulenţă, la scară mică şi care poate avea un efect important în ceea ce priveşte răcirea plasmei dintr-un reactor. Rezultatele lor au fost publicate online în Physics of Plasmas Journal şi au fost descrise într-o discuţie recentă din cadrul unei conferinţe numită U.S.-E.U. Joint Transport Task Force Workshop.

Anterior, un model matematic, cunoscut sub numele de „gyrokinetic" a fost utilizat pentru a prezice efectele turbulenţelor dintr-un reactor standard de fuziune numit Tokamak, dar cercetătorii MIT au descoperit că acesta se putea aplica doar pentru unele cazuri, neputându-se utiliza în mod general. „Ori de câte ori apare un anumit tip de turbulenţă, modelul funcţionează", spune Nathan Howard, un cercetător postdoctorand al PSFC, care este autorul principal al noului raport. „Dar când apare un tip diferit de turbulenţă, acesta nu mai este aplicabil".

Înțelegerea acestor diferenţe, cunoscute drept deficit de transport, ar putea fi de o importanţă capitală pentru estimarea performantelor reactoarelor experimentale de mari dimensiuni care sunt acum în curs de dezvoltare, afirmă cercetătorii. Aceste noi reactoare, la rândul lor, sunt considerate ca reprezentând un important pas înainte în vederea dezvoltării ulterioare a reactoarelor industriale de producere a energiei electrice.

Fuziunea, reacţia care alimentează cu energie Soarele, a fost considerată de mult timp ca o sursă de energie aproape ideală: combustibilul ei este reprezentat de hidrogen, care este practic nelimitat, iar aplicaţiile ei energetice ar produce o cantitate mai mică de deşeuri radioactive. Dar încercările de a controla reacţia de fuziune nucleară au fost neaşteptat de descurajante.

Fişier video de prezentare: Reactor Tokamak


Această simulare computerizată (din videoclip) arată o secțiune transversală prin plasma din interiorul unui reactor Tokamak. În această simulare sunt arătate doar efectele generate de turbulențele ce au loc la o scară mare, ceea ce este aplicabil pentru anumite cazuri, dar nu şi pentru altele. Cercetătorii de la MIT au reuşit să dezvolte un model care încorporează turbulenţele din plasmă la scări diferite, oferind predicții mai bune.
Credit: NATHAN HOWARD


Reactoarele Tokamak constau dintr-un vast spaţiu în formă toroidală înconjurat de materiale de protecţie rezistente la căldură şi bobine magnetice puternice. Câmpurile magnetice împiedică plasma din interior, compusă din atomi de hidrogen care sunt încălziţi la temperaturi de sute de milioane de grade Celsius, să vină în contact cu pereţii camerei atunci când aceasta se vaporizează datorită căldurii.

Două procese sunt esenţiale în ceea ce priveşte pierderea de căldură în cadrul acestor plasme având temperaturi de milioane de grade: pierderea prin electroni şi pierderea prin ioni. „În modelul standard s-a presupus că ambele pot fi luate în considerare prin modelarea turbulentelor la scară mare", spune Howard.

Dar experimentele efectuate de cercetători precum Anne White, profesor în cadrul Nuclear Science and Engineering (NSE) at MIT, au constatat diferenţe importante: aproape o cantitate dublă de căldură s-a pierdut în experimentele realizate la San Diego cu reactorul Tokamak numit DIII-D, aşa cum modelul a prezis, dar nu la fel în cazul reactorului Alcator C-Mod, care este foarte asemănător, al MIT.

White, care este coautor al noului studiu, afirmă în legătură cu rezultatele obţinute, „Am arătat că deficitul reactorului DIII-D nu reprezintă un aspect general. Acum, noi avem, în sfârşit, un al doilea reactor Tokamak pentru cercetare şi am constatat că acesta s-a comportat diferit".

S-a dovedit, conform celor constatate de cercetători, că diferenţa are loc atunci când pierderile de căldură au fost în principal prin electroni, dar nu şi atunci când acestea au fost prin intermediul ionilor.

„Am demonstrat, pentru prima dată, că acest fenomen nu a fost general valabil" spune Howard, cel care a fost capabil, cu ajutorul colegilor săi, să atribuie diferenţa constatată turbulenţelor la scară mică. „Am fost capabili de a simula diferite tipuri de turbulenţe pentru a explica rezultatele experimentale".

„Noi nu am modelat micile turbulente", adaugă White. „Există două tipuri de turbulenţe şi trebuie să le modelăm pe ambele". Noile descoperiri arată caracterul inadecvat al „modelului standard pe care l-am utilizat o lungă perioadă de timp", spune ea, „aşa încât acest rezultat este şocant".

„Avem nevoie să ne convingem pe noi înşine că modelul nostru poate prezice în mod corect performanţele reactoarelor noastre existenţe, astfel încât să putem prezice apoi performanţa reactoarelor care încă nu s-au construit", spune Howard. Până în prezent, Howard şi White au arătat că simulările computerizate cu modelul îmbunătăţit, care include turbulenţele la scară mare şi la scară mică, par a se potrivi cu datele experimentale.

Terry Rhodes, un cercetător din cadrul departamentului de fizică şi astronomie al University of California din Los Angeles, care nu a fost implicat în această cercetare, numeşte aceste concluzii „un important pas înainte în efortul de a testa şi valida... simulările turbulenţelor din plasma de fuziune şi de transport". În timp ce lucrările anterioare au arătat o diferenţă între teorie şi actualele rezultate experimentale, activitatea echipei de lucru din cadrul MIT „oferă un contra-exemplu pentru aceste diferenţe pe care comunitatea ştiinţifică le-a analizat. Oamenii de ştiinţă din acest domeniu vor studia rezultatele lor pentru găsirea indiciilor ce vor identifica care este cauza acestor diferenţe".

Lucrarea este intitulată „Studiu privind deficitul de transport în plasma reactorului Alcator C-Mod".

Traducere de George-Cristian Podariu după turbulence-plasmas cu acordul editorului

Puteți comenta folosind contul de pe site, de FB, Twitter sau Google ori ca vizitator (fără înregistrare). Pt vizitatori comentariile sunt moderate (aprobate de admin).

Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Fii primul care comentează.

Spune-ne care-i părerea ta...
caractere rămase.
Loghează-te ( Fă-ți un cont! )
ori scrie un comentariu ca „vizitator”

 



Donează prin PayPal ()


Contact
| T&C | © 2021 Scientia.ro