Un courant électrique inattendu qui pourrait stabiliser les réactions de fusion – Technoguide

Le courant électrique est partout, de l’alimentation des maisons au contrôle du plasma qui alimente les réactions de fusion en passant par la possibilité de générer de vastes champs magnétiques cosmiques. Aujourd’hui, des scientifiques du laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) du département américain de l’énergie (DOE) ont découvert que les courants électriques peuvent se former de manière inconnue auparavant. Les nouvelles découvertes pourraient donner aux chercheurs une plus grande capacité à apporter l’énergie de fusion qui propulse le soleil et les étoiles sur Terre.

«Il est très important de comprendre quels processus produisent des courants électriques dans le plasma et quels phénomènes pourraient interférer avec eux», a déclaré Ian Ochs, étudiant diplômé du programme de physique des plasmas de l’Université de Princeton et auteur principal d’un article sélectionné comme article vedette dans Physics of Plasmas . “Ils sont le principal outil que nous utilisons pour contrôler le plasma dans la recherche sur la fusion magnétique.”

La fusion est le processus qui écrase les éléments légers sous forme de plasma – l’état chaud et chargé de la matière composée d’électrons libres et de noyaux atomiques – générant des quantités massives d’énergie. Les scientifiques cherchent à reproduire la fusion pour un approvisionnement pratiquement inépuisable d’énergie pour produire de l’électricité.

Les courants inattendus se produisent dans le plasma dans les installations de fusion en forme de beignet appelées tokamaks. Les courants se développent lorsqu’un type particulier d’onde électromagnétique, comme celles émises par les radios et les fours à micro-ondes, se forme spontanément. Ces vagues poussent certains des électrons déjà en mouvement, “qui surfent sur la vague comme des surfeurs sur une planche de surf”, a déclaré Ochs.

Mais les fréquences de ces ondes importent. Lorsque la fréquence est élevée, l’onde fait avancer certains électrons et d’autres reculer. Les deux mouvements s’annulent et aucun courant ne se produit.

Cependant, lorsque la fréquence est basse, les ondes poussent vers l’avant sur les électrons et vers l’arrière sur les noyaux atomiques, ou les ions, créant un courant électrique net après tout. Ochs a découvert que les chercheurs pouvaient étonnamment créer ces courants lorsque l’onde basse fréquence était d’un type particulier appelé «onde acoustique ionique» qui ressemble à des ondes sonores dans l’air.

L’importance de cette découverte s’étend de l’échelle relativement petite du laboratoire à la vaste échelle du cosmos. “Il existe des champs magnétiques dans tout l’univers à différentes échelles, y compris la taille des galaxies, et nous ne savons pas vraiment comment ils sont arrivés là-bas”, a déclaré Ochs. «Le mécanisme que nous avons découvert aurait pu aider à semer des champs magnétiques cosmiques, et tout nouveau mécanisme pouvant produire des champs magnétiques est intéressant pour la communauté astrophysique.

Les résultats des calculs crayon et papier consistent en des expressions mathématiques qui donnent aux scientifiques la possibilité de calculer comment ces courants, qui se produisent sans que les électrons interagissent directement, se développent et se développent. “La formulation de ces expressions n’était pas simple”, a déclaré Ochs. “Nous avons dû condenser les résultats afin qu’ils soient suffisamment clairs et utilisent des expressions simples pour capturer la physique clé.”

Les résultats approfondissent la compréhension d’un phénomène physique de base et étaient également inattendus. Ils semblent contredire la notion conventionnelle selon laquelle les commandes actuelles nécessitent des collisions d’électrons, a déclaré Ochs.

“La question de savoir si les ondes peuvent entraîner un courant dans le plasma est en fait très profonde et concerne les interactions fondamentales des ondes dans le plasma”, a déclaré Nathaniel Fisch, co-auteur de l’article, professeur et directeur associé du Département des sciences astrophysiques, et directeur du programme de physique des plasmas. “Ce qu’Ochs a dérivé de façon magistrale, didactique, avec une rigueur mathématique, ce n’était pas seulement comment ces effets sont parfois équilibrés, mais aussi comment ces effets conspirent parfois pour permettre la formation de courants électriques nets.”

Ces résultats jettent les bases de recherches futures. “Ce qui m’excite particulièrement”, a déclaré Fisch, “c’est que le formalisme mathématique qu’Ochs a construit, ainsi que les intuitions physiques et les idées qu’il a acquises, le mettent maintenant en position de contester ou de poser des bases solides, même comportement plus curieux dans les interactions des ondes avec les particules résonnantes dans le plasma. “

Source de l’histoire:

Matériel fourni par le DOE / Princeton Plasma Physics Laboratory. Original écrit par Raphael Rosen. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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