核反应堆中发现幽灵般的“闪电”波
通常由闪电产生的神秘而幽灵般的“哨声波”,可以保护核聚变反应堆免受失控电子的破坏。新的研究表明,
这些哨声波是在地面以上的电离层中发现的,电离层是地球大气层的一层,距离地球表面约50至600英里(80至1000公里)。当闪电产生的电磁脉冲在南北半球之间传播时,就会形成这些幽灵般的哨声波。当这些波穿过地球时,它们的频率会发生变化。当这些光信号被转换成音频信号时,它们听起来就像口哨声。
根据4月11日发表在《物理评论快报》杂志上的最新研究,已经在托卡马克(一种具有核聚变反应的环形机器)中的热等离子体中发现了这些哨声波。
由于哨声可以散射和阻碍高速电子,因此它可以提供一种新的方法来防止逃逸电子破坏托卡马克的内部。在核聚变反应中
核聚变可以为太阳和恒星提供能量。原子碰撞并融合成更大的原子,同时释放能量。几十年来,研究人员一直试图利用地球上的聚变能量和托卡马克装置内部的强大磁场来包围热等离子体形成的环形云,这是一种由带电气体组成的奇怪物质相。
在托卡马克装置内部,电场可以推动电子越来越快。但是当这些高速电子在等离子体中飞行时,它们无法减速。通常,在气体或液体中运动的物体会感受到随速度增加的阻力。比如开得越快,风阻越大。但在等离子体中,电阻随着速度的降低而降低,使电子加速到接近光速,从而损坏托卡马克。唐·斯波克是田纳西州橡树岭国家实验室的物理学家,也是这项新研究的合著者,他说:
一些研究人员已经开发了一些技术来减少失控。他们可以使用人工智能算法来监控和调整等离子体的密度,以防止电子加速过快。如果仍然存在逃逸现象,他们可以向等离子体中注入冻结的氖粒子,从而增加等离子体密度,减缓逃逸电子的速度。
但是哨声波可能是控制逃逸电子的另一种方式。“理想情况下,我们希望避免干扰和逃避,”斯潘说,但如果它们发生了,我们希望有各种各样的工具来应对它们。
Spong的研究小组首次在圣地亚哥的DIII-D国家聚变设施的托卡马克中阻止了逃逸的电子。
他解释说,等离子体就像一种具有多种振动模式的果冻。如果一些失控的电子只有正确的速度,它们会激发其中一种模式,并触发哨声波——类似于以正确的速度驾驶一辆旧车会导致仪表板振动。
我们想做的是逆向工程,将这些波放在(等离子体)外面,以驱散“逃亡者”,斯宾塞说。
通过更好地了解逃犯如何发出哨声,研究人员希望他们可以逆转这一过程——使用外部天线来产生哨声可以分散电子,防止它们变得太快。
研究人员还需要进一步探索逃亡者和口哨之间的关系。例如,Spong说,通过识别哪些频率和波长可以被最大程度地抑制。