Plasma Power

Obiectele de zi cu zi pot fi clasificate în solide, lichide și gaze. Cu toate acestea, materia dintr-un fulger, o flacără și Aurora Boreală sunt ceva cu totul diferit. Fiecare dintre acestea este o plasmă, un gaz ionizat. Într-o plasmă, electronii sunt smulși din atomi pentru a produce ioni care se mișcă liber. Deoarece ionii și electronii sunt încărcați, ei răspund la forțele electrice și magnetice și interacționează unii cu alții și prin intermediul acestor forțe.

Dincolo de Pământ, plasmele sunt cu siguranță abundente. Aproximativ 99% din universul vizibil este plasmă, inclusiv cea mai mare parte a materiei din stele și din regiunea spațială din jurul Pământului. Această plasmă din apropierea Pământului este controlată de câmpul magnetic al Pământului, sau magnetosfera, Acest scut magnetic este deosebit de important deoarece ajută la izolarea Pământului de vântul solar, curentul de protoni și electroni care se scurge în spațiu dinspre Soare.

Interiorul unei stele este o plasmă extrem de fierbinte și densă. Nucleii de hidrogen din această plasmă alimentează procesele de fuziune stelară care furnizează energia stelei. Exploatarea aceluiași proces aici, pe Pământ, ar satisface nevoile noastre de energie pe termen nelimitat. Materiile prime, doi izotopi de hidrogen, sunt ușor de obținut, iar produsul secundar, heliul, este un gaz inert. Marea provocare constă în menținerea aici, pe Pământ, a temperaturilor ridicate din centrul stelelor. Nu am ajuns încă acolo, dar cercetătorii în domeniul fuziunii au făcut progrese constante în ultimele câteva decenii.

Plasma Power: Energia de fuziune

Pe măsură ce cererea de energie a societăților industrializate crește, iar limitele și riscurile surselor de energie convenționale devin evidente, energia de fuziune reprezintă o alternativă din ce în ce mai atractivă. Cu toate acestea, după patru decenii de cercetare, un reactor de fuziune funcțional este încă la cel puțin câteva decenii distanță.

Fuzia este dificil de susținut în laborator. Deoarece nucleele de hidrogen sunt particule încărcate, ele se confruntă cu o puternică repulsie electrostatică, care crește rapid pe măsură ce nucleele se apropie unul de celălalt. Pentru ca fuziunea să aibă loc, nucleele trebuie să se lovească reciproc cu viteză mare, ceea ce necesită o temperatură de 100 de milioane de grade. La această temperatură, orice contact cu recipientul l-ar vaporiza, astfel încât nucleele, care fac parte dintr-o plasmă, trebuie să fie cumva confinate.

O abordare este aplicarea unor câmpuri magnetice puternice pentru a ține particulele încărcate ale plasmei departe de pereții recipientului. Cele mai comune containere au formă de gogoși pentru a oferi spațiu pentru ca particulele de plasmă, electroni și nuclee de hidrogen, să circule. Un curent electric indus în plasmă creează un câmp magnetic care ajută la izolarea plasmei.

Plasma Power: Mașini cu plasmă

Prima fotografie prezintă Reactorul de testare a fuziunii Tokamak (Tokamak Fusion Test Reactor – TFTR), un dispozitiv de fuziune de mari dimensiuni care a funcționat la Laboratorul de Fizică a Plasmei de la Princeton (Princeton Plasma Physics Laboratory – PPPL) în anii 1980 și 1990. Interiorul TFTR avea forma unei gogoși (un torus). Mișcându-se pe o traiectorie circulară în jurul centrului torului, plasma a atins temperaturi de peste 500 de milioane de grade, cu mult peste cele 100 de milioane necesare pentru fuziunea practică. În mod ideal, reactoarele de fuziune comerciale vor funcționa în mod continuu, dar TFTR a fost proiectat să funcționeze doar în rafale. Într-una dintre aceste explozii, puterea sa de ieșire a depășit 10 milioane de wați, suficient pentru a alimenta mai mult de 3.000 de case.

Fotografie realizată prin amabilitatea Laboratorului de Fizică a Plasmei de la Princeton

Cu programul de cercetare al TFTR finalizat, fizicienii și inginerii de la PPPL au construit un dispozitiv mai mic, aproape sferic, National Spherical Torus Experiment, (NSTX), prezentat în cea de-a doua fotografie. Teoreticienii consideră că geometria torului sferic va facilita confinarea plasmei și, în cele din urmă, va oferi o metodă mai eficientă de susținere a reacțiilor de fuziune.

Fotografie realizată prin amabilitatea Laboratorului de Fizică a Plasmei de la Princeton

Links

Princeton Plasma Physics Laboratory

• Interactive Plasma Physics Experience (IPPEX)
• Fusion basics
• Fusion chart
• Fusion resources for students și profesori

Plasmas International

• Imagini ale plasmei

NASA

• Explorarea magnetosferei terestre

.


Atmosfera solară așa cum este văzută de Telescopul de imagistică în ultraviolete extreme

.