Ce legătură are aurora boreală cu fuziunea nucleară

Fuziunea nucleară este procesul prin care două nuclee atomice reacționează pentru a forma un nou nucleu, mai greu (cu masă mai ridicată) decât nucleele inițiale. Această reacție conferă energie stelelor. Fuziunea termonucleară ar putea deveni o sursă de energie practic nelimitată (și ecologică) atunci când reactoarele de fuziune (care în prezent se află în fază experimentală și nu produc încă un surplus net de energie) vor deveni viabile din punct de vedere tehnologic și economic, scrie Agerpres.

În luna februarie, spre exemplu, o echipă de cercetători de la Laboratorul Lawrence Livermore din California anunța că a reușit să producă o reacție de fuziune care a consumat mai puțină energie decât a produs. Însă întregul proces care a făcut posibilă această reacție are încă nevoie de mai multă energie decât cea pe care o produce.

De această dată, o echipă de cercetători de la Universitatea din Michigan și de la Universitatea Princeton a anunțat că experimentele de fuziune pot deveni mai performante sub raportul energiei consumate prin analiza dinamicii câmpurilor magnetice observate în timpul fenomenelor de auroră boreală.

Pentru a declanșa o reacție de fuziune nucleară în laborator, combustibilul (de obicei un amestec în părți egale compus din doi izotopi ai hidrogenului — deuteriu și tritiu) trebuie dus până la o temperatură și presiune similare celor din nucleul stelelor. Dacă acest combustibil este menținut suficient de mult timp în aceste condiții, gazul superfierbinte se transformă într-o „supă” de particule ionizate care se mișcă libere, denumită plasmă. În această stare de agregare, atomii de hidrogen încep să fuzioneze generând atomi mai grei de heliu. Aceasta este reacția care asigură energia stelelor tinere. Odată declanșat acest fenomen, plasma are capacitatea de a se autosusține — se autoîncălzește fără a mai avea nevoie de intervenția altor factori externi.

Alte articole

Furtunile solare vor face vizibilă aurora boreală. Când urmează să fie atins punctul maxim

Când ar putea fi văzută din nou aurora boreală în România în perioada următoare. Ce spun oamenii de știință

Plasma solară generează un puternic câmp magnetic. Câteodată se întâmplă ca liniile de câmp ale acestui câmp magentic să fie foarte distorsionate și adunate la un loc, moment în care Soarele aruncă o uriașă cantitate de energie în spațiu — fenomen cunoscut drept erupție solară. Din când în când, astfel de erupții solare se produc pe direcția Pământului, trimițând un flux de particule puternic ionizate spre planetă.

Atunci când aceste particule se apropie de Pământ, ele interacționează cu câmpul magnetic terestru pe care-l distorsionează. Astfel, o parte dintre particulele puternic ionizate provenite din Soare pot pătrunde în atmosfera planetei noastre pe la cei doi poli. Aceste particule interacționează apoi cu gazele care compun atmosfera terestră, oferind jocul de lumini cunoscut drept aurora boreală în nord și respectiv aurora australă în sud.

Dacă acest vânt solar este mai puternic, poate produce o deconectare a liniilor de câmp magnetic ale Pământului. Liniiile de câmp magnetic se reconectează după o perioadă, proces în timpul căruia o parte dintre particulele emise de Soare sunt redirecționate spre Pământ, provocând efectul de auroră. Această rupere și reconectare a liniilor de câmp magnetic de sens opus poartă denumirea de reconectare magnetică. Oamenii de știință sunt de părere că aceste reconectări magnetice alimentează chiar erupțiile solare.

Aurora boreală, spre exemplu, se produce în apropiere de Polul Nord al planetei, însă cu cât se deconectează și apoi se reconectează mai multe linii de câmp magnetic, cu atât acest fenomen este vizibil și la latitudini mai scăzute.

Fenomenul de reconectare magnetică se produce însă la scară foarte mică în timpul experimentului de fuziune nucleară derulat în laborator. Acest proces poate crește eficiența energetică a fuziunii nucleare, conform unui material publicat în ultimul număr al revistei Physical Review Letters.

Pentru a declanșa reacția de fuziune în laborator, cercetătorii comprimă o celulă de izotopi de hidrogen cu ajutorul unor lasere foarte puternice, până ajunge la condiții de densitate și temperatură similare celor din interiorul unei stele.

Principala problemă cu care se confruntă este că această comprimare nu se exercită uniform asupra întregii celule de combustibil, iar în consecință celula este deformată.

„Este foarte greu să exercităm aceași presiune în mod uniform asupra celulei de combustibil (…) iar dacă compresia nu se face în mod uniform, nu se ajunge la condițiile de temperatură și densitate necesare arderii întregului combustibil și ajungem să consumăm prea multă energie pentru funcționarea laserelor în cadrul acestui sistem, referitor la cantitatea de energie care rezultă din fuziune”, explică unul dintre co-autorii acestui studiu, Alexander Thomas de la Universitatea din Michigan.

Pentru a rezolva această problemă, facilitățile moderne în care se încearcă obținerea fuziunii nucleare introduc această celulă de combustibil în interiorul unui recipient metalic. Undele laser urmează apoi să încălzească pereții interiori ai acestui recipient, declanșând o ploaie densă de raze X care trebuie să încălzească celula de combustibil în mod uniform. Teoretic, această metodă ar trebui să ducă la comprimarea combustibilului uniform, în formă sferică, dar în practică nu se întâmplă așa.

„Acest lucru se întâmplă din mai multe motive, printre care și faptul că laserele generează și un puternic câmp magnetic — de aproximativ 100 Tesla — pe suprafața interioară a recipientului metalic. Ele acționează ca o barieră care nu lasă căldura să se distribuie uniform”, conform lui Alexander Thomas.

Cheia pentru a rezolva această problemă ar putea fi tocmai reconectarea magnetică.

„În jurul fiecărui punct de incidență al unui laser pe peretele recipientului metalic se produc spontan câmpuri magnetice în plasmă, iar planul nostru este de a face ca aceste linii de câmp să se rupă și apoi să se reconecteze”, a precizat el.

Ruperea și reconectarea liniilor de câmp magnetic ar avea ca rezultat modificarea formei plasmei și ar redirecționa fluxul de electroni purtători ai energiei termice, rezultând o răspândire mai uniformă a căldurii.

Oamenii de știință au apelat la o simulare computerizată pentru a observa procesul de reconectare magnetică din plasmă, în locurile de incidență a două unde laser apropiate una de cealaltă. Simularea a demonstrat că „aceste câmpuri magnetice pot fi rupte și recompuse de fluxurile de căldură”, susține și Will Fox, co-autor din partea Princeton Plasma Physics Laboratory.

Deocamdată cercetătorii încă nu știu exact cum să eficientizeze această reconectare magnetică pentru că „ne aflăm încă la un nivel primar de înțelegere a fenomenului”, a mai susținut Fox, precizând că acest studiu reprezintă doar o primă demonstrație că acest proces se poate produce.