Επιστήμονες στο Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) του αμερικανικού υπουργείου Ενέργειας ανακάλυψαν πως είναι δυνατός ο σχηματισμός ηλεκτρικών ρευμάτων με τρόπους που δεν ήταν γνωστοί στο παρελθόν, που παρέχουν μεγαλύτερες δυνατότητες ως προς την ενέργεια από σύντηξη- τη διαδικασία που τροφοδοτεί με ενέργεια τα άστρα.
«Είναι πολύ σημαντικό να κατανοήσουμε ποιες διαδικασίες παράγουν ηλεκτρικά ρεύματα στο πλάσμα και ποια φαινόμενα αλληλεπιδρούν με αυτά» είπε ο Ίαν Οχς, τελειόφοιτος του Program in Plasma Physics του Princeton University και lead author ενός επιστημονικού άρθρου στο Physics of Plasmas. «Είναι το κύριο εργαλείο που χρησιμοποιούμε για να ελέγχουμε το πλάσμα στην έρευνα πάνω στη μαγνητική σύντηξη».
Η σύντηξη είναι η διαδικασία κατά τη οποία συγκρούονται ελαφρά στοιχεία υπό τη μορφή πλάσματος- η θερμή, φορτισμένη κατάσταση της ύλης που αποτελείται από ελεύθερα ηλεκτρόνια και πυρήνες ατόμων- παράγοντας τεράστιες ποσότητες ενέργειας. Οι επιστήμονες επιδιώκουν να αναπαράγουν τη σύντηξη για να επιτύχουν την παραγωγή ανεξάντλητης ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρισμού.
Τα απρόσμενα ρεύματα εμφανίζονται στο πλάσμα εντός εγκαταστάσεων σύντηξης σχήματος ντόνατ που είναι γνωστές ως tokamak. Τα ρεύματα σχηματίζονται όταν ένας συγκεκριμένος τύπος ηλεκτρομαγνητικού κύματος σχηματίζεται στιγμιαία. Αυτά τα κύματα ωθούν κάποια από τα ήδη κινούμενα ηλεκτρόνια, «που καβαλούν το κύμα σαν σέρφερ πάνω σε μια σανίδα του σερφ» είπε ο Οχς.
Ωστόσο οι συχνότητες αυτών των κυμάτων έχουν σημασία: Όταν η συχνότητα είναι υψηλή, το κύμα κάνει κάποια ηλεκτρόνια να κινηθούν προς τα εμπρός και άλλα προς τα πίσω. Οι δύο κινήσεις αλληλοακυρώνονται και δεν προκύπτει ρεύμα. Ωστόσο όταν η συχνότητα είναι μικρή, τα κύματα ωθούν προς τα εμπρός τα ηλεκτρόνια και προς τα πίσω τους ατομικούς πυρήνες- ιόντα, δημιουργώντας ηλεκτρικό ρεύμα. Ο Οχς διαπίστωσε πως οι ερευνητές μπορούσαν να δημιουργούν τέτοια ρεύματα όταν το χαμηλής συχνότητας κύμα ήταν ενός συγκεκριμένου τύπου (ακουστικό κύμα ιόντων, ion acoustic wave) που παραπέμπει σε ηχητικά κύματα στον αέρα.
Η σημασία αυτής της ανακάλυψης ξεπερνά τα όρια του εργαστηρίου: «Υπάρχουν μαγνητικά πεδία διαφορετικών κλιμάκων στο σύμπαν, περιλαμβανομένου του μεγέθους των γαλαξιών, και δεν ξέρουμε στα αλήθεια πώς έφτασαν εκεί» είπε σχετικά. «Ο μηχανισμός που ανακαλύψαμε θα μπορούσε να είχε βοηθήσει στη δημιουργία κοσμικών μαγνητικών πεδίων, και οποιοιδήποτε μαγνητικοί μηχανισμοί μπορούν να παράγουν μαγνητικά πεδία παρουσιάζουν ενδιαφέρον στην κοινότητα των αστροφυσικών».
Τα αποτελέσματα αυτών των υπολογισμών δίνουν σε επιστήμονες τη δυνατότητα να υπολογίζουν πώς αυτά τα ρεύματα, τα οποία λαμβάνουν χώρα χωρίς να αλληλεπιδρούν απευθείας ηλεκτρόνια, αλληλεπιδρούν και αναπτύσσονται. Επίσης, τα ευρήματα αυτά βαθαίνουν την κατανόηση ενός βασικού φυσικού φαινομένου, και ήταν απρόσμενα, καθώς εμφανίζονται να έρχονται σε αντίθεση με συμβατικές αντιλήψεις- και θέτουν τις βάσεις για μελλοντικές έρευνες.
