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Un limpiador doméstico común puede impulsar los esfuerzos para recolectar energía de fusión en la Tierra

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El físico de PPPL Federico Nespoli en el Gran Dispositivo Helicoidal en Japón. Crédito: Instituto Nacional de Ciencias de la Fusión de Japón / Kiran Sudarsanan.

Los científicos han descubierto que la adición de un agente de limpieza doméstico común, el boro mineral que se encuentra en limpiadores como el bórax, puede mejorar drásticamente la capacidad de algunos dispositivos de energía de fusión para contener el calor necesario para generar reacciones de fusión en la Tierra, como lo hacen los sol y estrellas.


Físicos del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE), en colaboración con investigadores japoneses, realizaron la observación en el Gran Dispositivo Helicoidal (LHD) en Japón, una instalación magnética sinuosa que los japoneses llaman un «heliotrón». Los resultados demostraron por primera vez un nuevo régimen de contención de calor en instalaciones llamadas stellarators, similar al heliotrón. Los resultados podrían promover el diseño con curvas como modelo para futuras plantas de energía de fusión.

Mayor contención

Los investigadores produjeron el Régimen de Contención Superior inyectando pequeños granos de boro polvo en el plasma LHD que alimenta las reacciones de fusión. La inyección a través de un cuentagotas instalado por PPPL redujo en gran medida los vórtices y los vórtices turbulentos y aumentó el calor confinado que produce las reacciones.

“Pudimos ver este efecto muy claramente”, dijo Federico Nespoli, físico de PPPL, autor principal de un artículo que detalla el proceso en la revista. física de la naturaleza. «Mientras más energía ponemos en el plasma, mayor es el aumento de calor y confinamiento, lo que sería ideal en las condiciones reales del reactor».

David Gates, físico investigador sénior de PPPL que dirige el departamento de proyectos avanzados que supervisó el trabajo, “Estoy muy entusiasmado con estos excelentes resultados que escribió Federico en este importante artículo sobre nuestras colaboraciones con el equipo en el gran dispositivo helicoidal cuando comenzamos este proyecto, el gotero de polvo de impurezas LHD, en 2018, esperábamos que pudiera haber un efecto en la contención de energía. Las observaciones son incluso mejores de lo esperado con la eliminación de la turbulencia en gran parte del rayo de plasma. Estoy muy agradecido a nuestros colegas japoneses por darnos la oportunidad como equipo de participar en estos experimentos».

Los resultados también deleitó a los investigadores japoneses. «Estamos muy contentos y encantados de lograr estos resultados», dijo Masaki Osakabe, director ejecutivo del proyecto LHD y asesor científico para la investigación de fusión nuclear de MEXT, el ministerio japonés responsable de la energía nuclear. “También nos sentimos honrados de colaborar con PPPL”, dijo Osakabe. «Los hallazgos revelados con esta colaboración proporcionarán una gran herramienta para controlar el plasma de alto rendimiento en un reactor de fusión».

Concepto prometedor

Los Stellarators, construidos por primera vez en la década de 1950 bajo el fundador de PPPL, Lyman Spitzer, son un concepto prometedor con instalaciones magnéticas simétricas de cola larga llamadas tokamaks como el dispositivo principal para producir energía de fusión. Una historia de contención térmica relativamente débil ha desempeñado un papel en la restricción de los stellarators, que pueden operar en un estado estable con poco riesgo de las perturbaciones de plasma que enfrentan los tokamaks.

La fusión combina elementos ligeros en forma de plasma, el estado caliente y cargado de la materia formado por electrones libres y núcleos atómicos, o iones, que constituyen el 99 % del universo visible, para liberar cantidades masivas de energía. Tokamaks y Stellarators son los principales diseños magnéticos de los científicos que buscan recolectar energía de fusión segura, limpia y prácticamente ilimitada para generar energía de fusión para la humanidad.

Bien que le bore ait longtemps été utilisé pour conditionner les murs et améliorer le confinement dans les tokamaks, les scientifiques n’avaient jamais vu auparavant «une réduction généralisée de la turbulence et une augmentation de la température comme celles rapportées dans cet article», selon el documento. Además, no hubo observaciones de explosiones de calor y partículas dañinas, conocidas como modos localizados en el borde (ELM), que pueden ocurrir en tokamaks y stellarators durante alta contención, o modo H. la fusión experiencias.

La notable mejora en el calor y el confinamiento en el plasma LHD puede deberse a la reducción de la llamada inestabilidad del gradiente de temperatura iónica (ITG), según el artículo, que produce turbulencia que provoca una fuga de plasma de la contención. La reducción de la turbulencia contrasta con un tipo de pérdida de calor llamado «transporte neoclásico», la otra causa principal de escape de partículas de la contención del estelarador.

nueva ronda

Ahora se está realizando un nuevo conjunto de experimentos LHD para probar si la mejora en el calor y la contención continúa para un mayor rango de tasas de inyección de masa, densidad de plasma y potencia de calentamiento. A Nespoli y sus colegas también les gustaría ver si el polvo de carbón puede funcionar tan bien como el boro. «El boro crea una capa en la pared que es buena para confinamiento y el carbón no va a hacer eso «, dijo. Queremos ver si todo el polvo es bueno o si es el boro el que está mejorando las condiciones».

Otros objetivos incluyen la evaluación de la capacidad del boro para mejorar el rendimiento del plasma durante el funcionamiento en estado estable del LHD, que es capaz de tener una vida extremadamente larga. plasma se descarga hasta una hora. Tales experimentos podrían producir más evidencia del valor del diseño de stellarator en el futuro.


Buena forma: ajustar el borde de plasma puede mejorar el rendimiento de una estrella en la Tierra


Más información:
F. Nespoli et al, Observación de un régimen de turbulencia reducido con inyección de polvo de boro en un stellarator, física de la naturaleza (2022). DOI: 10.1038 / s41567-021-01460-4

Cita: Common Domestic Cleaner May Boost Efforts to Harvest Fusion Energy on Earth (11 de enero de 2022) Consultado el 11 de enero de 2022 en https://phys.org/news/2022-01-common-household-cleaner-boost-effort.html

Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte del uso justo para fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente a título informativo.

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Cancelado el lanzamiento final del cohete Delta IV Heavy justo antes del despegue

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Cancelado el lanzamiento final del cohete Delta IV Heavy justo antes del despegue

ACTUALIZACIÓN: El lanzamiento del cohete Delta IV Heavy se pospuso hasta el viernes 29 de marzo a la 1:37 p. m. EDT, debido a un problema con el gasoducto de nitrógeno. Live Science transmitirá en vivo el próximo intento de lanzamiento en ese momento. aquí está declaración completa publicado por United Launch Alliance:

«El lanzamiento de un United Launch Alliance Delta IV Heavy que transportaba la misión NROL-70 para la Oficina Nacional de Reconocimiento fue cancelado debido a un problema con el gasoducto de nitrógeno que proporciona presión neumática a los sistemas del vehículo de lanzamiento. El equipo ha iniciado operaciones para asegurar El lanzamiento está programado para el viernes 29 de marzo a la 1:37 p.m.EDT.

El último cohete Delta de United Launch Alliance (ULA) está programado para lanzarse mañana (29 de marzo) a las 13:37 ET (17:37 GMT) en una misión clasificada para la Oficina Nacional de Reconocimiento (NRO) de los Estados Unidos, y Puedes verlo en vivo aquí.

El lanzamiento pondrá fin a 64 años de la flota de cohetes Delta, diseñados para transportar grandes cargas útiles al espacio. El cohete pesado Delta IV, que es el decimosexto de su tipo lanzado desde 2004, transportará carga secreta durante su despegue final desde el Complejo de Lanzamiento Espacial-37 en la estación espacial de Cabo Cañaveral en Florida.

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Nueva imagen del agujero negro de la Vía Láctea muestra un campo magnético en espiral: NPR

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Nueva imagen del agujero negro de la Vía Láctea muestra un campo magnético en espiral: NPR

Por primera vez observamos el agujero negro de Sagitario A* en luz polarizada. La colaboración del Event Horizon Telescope dice que la imagen ofrece una nueva mirada al «campo magnético alrededor de la sombra del agujero negro» en el centro de la Vía Láctea.

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Por primera vez observamos el agujero negro de Sagitario A* en luz polarizada. La colaboración del Event Horizon Telescope dice que la imagen ofrece una nueva mirada al «campo magnético alrededor de la sombra del agujero negro» en el centro de la Vía Láctea.

Colaboración EHT

El agujero negro en el centro de nuestra galaxia ha sido comparado con un donut, y resulta que ese donut tiene remolinos. Los científicos compartieron una nueva imagen fascinante el miércoles, que muestra a Sagitario A* con un detalle sin precedentes. La imagen de luz polarizada muestra la estructura del campo magnético del agujero negro en forma de una llamativa espiral.

«Lo que estamos viendo ahora es que hay campos magnéticos fuertes, retorcidos y organizados cerca del agujero negro en el centro de la Vía Láctea», dijo Sara Issaoun, codirectora del proyecto y becaria Einstein en el programa de la Vía Láctea. Becas Hubble de la NASA. Centro Harvard y Smithsonian de Astrofísica, dijo en un declaración sobre la imagen.

La imagen captura lo que la colaboración del Event Horizon Telescope llama una «nueva vista del monstruo que acecha en el corazón de la Vía Láctea».

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La analogía del donut también se aplica a la distancia: debido a la distancia entre la Vía Láctea y la Tierra, mirarla desde nuestro planeta es como ver un donut en la superficie de la Luna.

Sagitario A*, también llamado a menudo Sgr A*, está aproximadamente a 27.000 años luz de la Tierra. La primera imagen del agujero negro supermasivo se publicó hace dos años y muestra gas brillante alrededor de un centro oscuro, y carece de los detalles de la nueva imagen.

El agujero negro supermasivo Sagitario A* es visible a la izquierda, en luz polarizada. La imagen central insertada muestra la emisión polarizada del centro de la Vía Láctea, capturada por SOFIA. La imagen de fondo muestra el mapeo de la emisión de polvo polarizado a través de la Vía Láctea realizado por la Colaboración Planck.

S. Issaoun, Colaboración EHT


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S. Issaoun, Colaboración EHT

El agujero negro supermasivo Sagitario A* es visible a la izquierda, en luz polarizada. La imagen central insertada muestra la emisión polarizada del centro de la Vía Láctea, capturada por SOFIA. La imagen de fondo muestra el mapeo de la emisión de polvo polarizado a través de la Vía Láctea realizado por la Colaboración Planck.

S. Issaoun, Colaboración EHT

Se sabe que los agujeros negros son «efectivamente invisibles», como se muestra La NASA dice. Pero afectan significativamente el espacio que los rodea, más obviamente al crear un disco de acreción: un remolino de gas y material que orbita una región central oscura.

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La primera imagen de un agujero negro se publicó en 2019, cuando el proyecto Event Horizon Telescope compartió una imagen del agujero negro en el centro de la galaxia Messier 87 (M87), a unos 55 millones de años luz de la Tierra en el cúmulo de galaxias Virgo. . Aunque está más lejos, el agujero negro conocido como M87* es mucho más grande que Sagitario A*.

Cuando los investigadores compararon recientemente vistas de los dos agujeros negros en luz polarizada, quedaron sorprendidos por sus características comunes, siendo las más espectaculares estos remolinos.

«Además del hecho de que Sgr A* tiene una estructura de polarización sorprendentemente similar a la observada en el agujero negro M87*, mucho más grande y poderoso», dijo Issaoun, «hemos aprendido que los campos magnéticos fuertes y ordenados son esenciales para cómo funcionan los agujeros negros». Los agujeros interactúan con el gas y la materia que los rodea”.

Las imágenes lado a lado de M87* y Sagitario A* revelan que los agujeros negros supermasivos tienen estructuras de campo magnético similares, lo que sugiere que los procesos físicos que gobiernan los agujeros negros supermasivos pueden ser universales.

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Desde un punto de vista práctico, los agujeros negros presentan una diferencia sorprendente: mientras que M87* tiene la habilidad de permanecer estable, nuestro Sgr A* «cambia tan rápidamente que no se queda quieto para tomar fotografías», dijeron los investigadores en su comunicado de prensa. .

En el momento en que se capturaron las observaciones de Sgr A*, la colaboración del EHT estaba utilizando ocho telescopios en todo el mundo, uniéndolos para crear un instrumento del tamaño de un planeta, aunque virtual. Los resultados de su trabajo fueron publicados el miércoles en Cartas de la revista astrofísica..

Se espera que la colaboración observe a Sgr A* nuevamente en abril.

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