Ένα καθοριστικό βήμα προς τη χρήση της πυρηνικής σύντηξης ως βιώσιμης πηγής ενέργειας πραγματοποίησαν ερευνητές του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Livermore (LLNL) στις ΗΠΑ. Οι επιστήμονες εντόπισαν ένα πρωτοφανές φαινόμενο σε πλάσμα, το οποίο ονομάζουν «κορεσμό ανάκλασης» (backflow saturation) και ενδέχεται να αλλάξει ριζικά τον σχεδιασμό των πυρηνικών αντιδραστήρων τύπου Tokamak και άλλων προηγμένων τεχνολογιών πλάσματος.
Ένα φαινόμενο που αμφισβητεί την κυρίαρχη θεωρία
Μέχρι σήμερα, η επιστημονική κοινότητα θεωρούσε ότι η εκροή ηλεκτρονίων από επιφάνειες βυθισμένες σε πλάσμα περιορίζεται κυρίως από τη φυσική απώθηση μεταξύ των ηλεκτρονίων. Ωστόσο, η ομάδα του LLNL απέδειξε ότι υπάρχει ένας δεύτερος μηχανισμός περιορισμού ακόμα πιο καθοριστικός: τα ηλεκτρόνια που έχουν ήδη εκπέμψει οι επιφάνειες μπορούν να αλλάξουν κατεύθυνση και να επιστρέψουν στην καθοδική επιφάνεια, μεταβάλλοντας σημαντικά τη δυναμική του πλάσματος και την αλληλεπίδρασή του με τα ηλεκτρόδια.
Οφέλη για τη βιωσιμότητα της πυρηνικής σύντηξης
Η ανακάλυψη αυτή μπορεί να έχει καθοριστικό αντίκτυπο στον σχεδιασμό των συσκευών πλάσματος, όπως οι αντιδραστήρες πυρηνικής σύντηξης. Εάν μειωθεί η ενέργεια με την οποία τα ιόντα προσκρούουν στην καθοδική επιφάνεια, τότε περιορίζεται και η διάβρωση των υλικών, το οποίο επηρεάζει αρνητικά την απόδοση και τη διάρκεια ζωής των συστημάτων. Λιγότερη φθορά σημαίνει πιο σταθερές και μακροχρόνιες λειτουργίες, άρα και μείωση κόστους και τεχνικής πολυπλοκότητας.
Εφαρμογές στην αεροδιαστημική και τη βιομηχανία
Η ανακάλυψη δεν περιορίζεται μόνο στον τομέα της ενέργειας. Συστήματα προώθησης διαστημικών σκαφών με πλάσμα αλλά και τεχνολογίες βιομηχανικής κατεργασίας, που χρησιμοποιούν επιφάνειες εκπομπής ηλεκτρονίων, θα μπορούσαν να επωφεληθούν από καλύτερο έλεγχο της ηλεκτρονικής ροής. Η κατανόηση της συμπεριφοράς των ηλεκτρονίων είναι καθοριστική για την επίτευξη βέλτιστης απόδοσης και σε αυτές τις εφαρμογές.
Προσομοιώσεις υψηλής ακρίβειας και ανάγκη για πειραματική επαλήθευση
Στο επίκεντρο αυτής της προόδου βρίσκεται ένας νέος κώδικας προσομοίωσης που ανέπτυξαν οι ερευνητές του LLNL. Ο κώδικας αυτός επιτρέπει πλήρη μοντελοποίηση ενός πλάσμα-διοδικού συστήματος, με λεπτομέρεια που δεν είχε επιτευχθεί στο παρελθόν. Οι επιστήμονες ανέλυσαν τη συμπεριφορά του πλάσματος μεταξύ καθόδου και ανόδου, διερευνώντας κρίσιμες παραμέτρους όπως η μέση πυκνότητα και οι μέσες ελεύθερες διαδρομές συγκρούσεων.
Ωστόσο, όπως τονίζουν οι ίδιοι οι ερευνητές, το επόμενο κρίσιμο βήμα είναι η πειραματική επιβεβαίωση των ευρημάτων. Απαιτούνται ειδικά σχεδιασμένα πειράματα που θα διαχωρίσουν με σαφήνεια τα αποτελέσματα του κορεσμού ανάκλασης από εκείνα του χωρικού φορτίου, ώστε να επιβεβαιωθούν οι υπολογισμοί.
Παρότι η μελέτη δημοσιεύθηκε σε έγκριτο επιστημονικό περιοδικό (Physical Review Journals) και αποτελεί ελπιδοφόρο ορόσημο, οι επιστήμονες καλούν σε σύνεση και ρεαλισμό. Η τελική αποδοχή των ευρημάτων θα εξαρτηθεί από τη πειραματική τους υποστήριξη.
[via]
