Stel je een sterke wind voor die tegen een boom blaast totdat hij omvalt. Een dergelijke actie zou het proces nabootsen dat schadelijke hitte-uitbarstingen veroorzaakt die edge localized modes (ELM's) worden genoemd, oplaaien in fusie-installaties genaamd tokamaks, die wetenschappers gebruiken om op aarde de fusie-energie te ontwikkelen die de zon en de sterren aandrijft. Dergelijke hitte-uitbarstingen treden normaal gesproken op wanneer de druk aan de rand van het hete plasmagas dat fusiereacties voedt, een piek bereikt, waardoor warmte tegen de wanden van de tokamak uitbarst, net als een boom die uiteindelijk omvalt in een groeiende wind.

Echter, onderzoekers van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) hebben onlangs ontdekt dat de hitte-uitbarstingen soms kunnen optreden tijdens het herstel van uitbarstingen, wat nieuw inzicht geeft in wat de uitbarstingen veroorzaakt. De bevindingen, op basis van gegevens verzameld uit eerdere experimenten op de DIII-D National Fusion Facility die General Atomics exploiteert voor de DOE in San Diego, Californië, zou kunnen helpen de potentieel schadelijke processen te temmen.

Netwerk van golven

"De puntjes op de i zetten, we ontdekten dat een netwerk van op elkaar inwerkende golven plotseling een rol speelt in het ELM-proces tijdens herstel, " zei Julien Dominski, een PPPL-fysicus en hoofdauteur van een paper waarin de resultaten worden beschreven in Plasmafysica en gecontroleerde fusie . "Deze golven komen samen en wisselen abrupt energie uit, " Dominski zei, "waardoor het 'voetstuk' aan de rand van het plasma crasht en uitbarstingen van warmte vrijgeeft."

Dit netwerk, die bestaat uit triaden van golven, is de sleutel tot het triggeren, zei Dominski. "Soms kan het netwerk worden opgewonden zonder de abrupte crash te veroorzaken, " zei hij. "Dit stelde ons in staat om te kijken naar de fysica die dit nieuwe beeld regelt."

De bevindingen komen voort uit pogingen om fusiereacties te reproduceren die lichte elementen combineren in de vorm van plasma - de toestand van materie die bestaat uit vrije elektronen en atoomkernen die 99 procent van het zichtbare universum uitmaken - om enorme hoeveelheden energie in de zon te genereren en sterren. Tokamaks zijn de meest populaire apparaten die wetenschappers over de hele wereld gebruiken in experimenten om fusie-energie op te vangen en te controleren, in de hoop een vrijwel onuitputtelijke voorraad veilige en schone stroom te creëren om elektriciteit op te wekken.

Opkomende foto

"De nieuwe bevindingen zijn een opkomend beeld voor het triggermechanisme van ELM's, " zei Ahmed Diallo, een PPPL-fysicus en co-auteur van het artikel. "Het ontdekken van dit netwerk opent een nieuw hoofdstuk in de studie van ELM's."

Samenvallend met deze netwerken, vonden de fysici, zijn verstoringen aan de rand van het plasma veroorzaakt door een apparaat dat een neutrale bundelinjector (NBI) wordt genoemd en dat wordt gebruikt om het plasma te verwarmen en van brandstof te voorzien. De intervallen van milliseconden tussen NBI-storingen komen overeen met de intervallen tussen netwerkvoorvallen, merkten de wetenschappers. "Het maken van deze verbinding was spannend en gaf ons inzicht in een nieuwe manier om ELM's te activeren, " zeiden de auteurs.

De onderzoekers willen vervolgens experimenten uitvoeren om te bestuderen hoe triggers voor ELM's kunnen variëren en het gebruik van NBI-stralen testen om de bursts te beheersen. Ondersteuning voor dit onderzoek komt van het DOE Office of Science.