Come si fa a contenere un plasma a 150 milioni di gradi in una ciambella avvolta?

I fisici sono fantastici, ma questo è fantastico!? Questo è ciò che ha pensato questo giornalista quando è emerso che l'account Instagram del giovane fisico nucleare aveva quasi 27.000 follower su Instagram. Interpretazione? Il fisico nucleare è diventato famoso nel 2009 quando ha vinto lo Junior Eurovision Song Contest con la canzone Fare clic su chiacchiere.

Quando Ralph Mackenbach era bambino, osservava mentre i suoi genitori pensavano che stesse dormendo Universo, una serie di documentari televisivi sull'universo con l'astronomo americano Carl Sagan. Poi, tra un'esibizione musicale e l'altra, il suo entusiasmo per la fisica divampò.

Alla fine di novembre Mackenbach (28 anni) ha difeso la sua tesi sulla fusione nucleare alla TU di Eindhoven. Onori. In una piccola stanza bianca illuminata da luci fluorescenti dell'università, racconta le sue ricerche negli ultimi quattro anni mentre sfoglia la sua corposa tesi. Ciò che Mackenbach apprezza della fusione nucleare è che si tratta di “fisica hardcore”. La fusione nucleare ruota attorno al plasma: “fluidi” fluenti che rispondono ai campi elettromagnetici. Gli piace anche che la sua ricerca abbia un chiaro scopo sociale e una fonte di energia sostenibile per il futuro.

Il sole splende grazie alla fusione nucleare. Alla pressione e alla temperatura estreme all'interno di questa stella, i nuclei degli atomi più leggeri si fondono per formare nuovi atomi più pesanti: ad esempio, quattro atomi di idrogeno producono elio. Questo rilascia un'enorme quantità di energia. Sulla Terra, i fisici stanno cercando di replicare questa fonte di energia nei reattori. È promettente il fatto che la reazione di fusione nucleare non produca gas serra. La fusione nucleare produce anche meno scorie radioattive rispetto alla fissione nucleare, che ottiene la sua energia dalla scissione dei nuclei atomici più pesanti in elementi più leggeri.

Riscaldiamo il centro della ciambella a 150 milioni di gradi Celsius. Questo può essere fatto usando le microonde

L’inviato americano per il clima John Kerry ha descritto la fusione nucleare come una “rivoluzione per il mondo” durante il vertice sul clima tenutosi a Dubai. È corretto?

“Dobbiamo affrontare il problema climatico nel 2050 Zero netto un'azienda₂emissioni. Non penso che la fusione nucleare significherebbe molto in un periodo di tempo così breve. Al momento non esiste alcun reattore in grado di generare più energia di quella necessaria per immetterla. Dobbiamo anche costruire infrastrutture per la fusione nucleare. Ma sul lungo termine la fusione nucleare è interessante. La popolazione mondiale è in crescita e le persone in sempre più paesi richiedono sempre più energia. La fusione nucleare potrebbe svolgere un ruolo in questa crescente domanda di energia.

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“Alcune aziende di fusione nucleare vendono tappeti volanti.”

Come funziona la fusione dei nuclei atomici sulla Terra?

“Lo facciamo in un reattore a fusione: una specie di grande ciambella di metallo con dei cavi attorno. Nella ciambella che ho visitato in Germania ci si può sedere a gambe incrociate; è alta circa mezzo metro. Riscaldiamo il centro della ciambella a 150 milioni di gradi Celsius. Questo può essere fatto utilizzando le microonde.” “Che le microonde usano anche per riscaldare il cibo. Mettiamo gli elementi leggeri deuterio e trizio nella ciambella e, riscaldandoli, creano un plasma caldo e luminoso. La temperatura è alta abbastanza perché gli atomi si scontrino violentemente e alla fine si fondano.”

Ci vuole molta potenza di calcolo per calcolare esattamente quali vortici si formeranno in un dato plasma

Mackenbach sta studiando come il calore fuoriesce dalle ciambelle verso le pareti esterne. Questo è uno dei problemi più grandi e complessi che devono essere risolti per rendere la fusione nucleare un’efficace fonte di energia.

“Non vuoi che il calore si trasferisca troppo velocemente alle pareti della ciambella; altrimenti si scioglieranno. Cerchiamo di mantenere il plasma all'interno utilizzando campi magnetici, ai quali il plasma si attacca come una serie di perline. A proposito , quelle linee magnetiche spiegano la forma della ciambella. Se la linea magnetica è diritta, colpirà un muro da qualche parte, ed è lì che si perde il plasma caldo. Generiamo i campi magnetici utilizzando bobine situate all'esterno del circuito. La temperatura delle bobine è leggermente superiore allo zero assoluto [-273°C]. Questo ti dà un'enorme differenza di temperatura per le ciambelle. La differenza di temperatura vuole compensarsi. Proprio come quando metti il ​​latte freddo nel tè caldo. Poi vedi che si formano dei vortici, mescolando il latte freddo e il tè caldo. Ciò accade anche con il plasma nel reattore. E tu vuoi sbarazzartene. Questi vortici causano la fuoriuscita di calore, rendendo più difficile il proseguimento delle reazioni di fusione nucleare.

Come hai indagato su quei vortici?

“I vortici sono disordinati. Ci vuole molta potenza di calcolo per calcolare esattamente quali vortici si formeranno in un dato plasma. La nostra idea è: non proveremo nemmeno a calcolarli. Nella mia ricerca mi sono chiesto: puoi calcolare la quantità massima di energia che può essere contenuta in tutti quei vortici di un plasma Certo? E la risposta è sì, e ho elaborato la formula. Era rassicurante che, secondo la formula, se c'era molta energia nei vortici, e quindi molto calore potrebbe disperdersi, secondo la simulazione al computer, molto calore era già disperso in questa configurazione al plasma.

In che modo questa conoscenza aiuta la fusione nucleare sulla Terra?

“È possibile utilizzare la formula per fare calcoli speculativi per prevedere, ad esempio, la forma in cui viene persa la minima energia termica attraverso i vortici a forma di ciambella del plasma. Non si tratta dell'involucro del reattore a fusione, ma della forma del percorso del reattore a fusione.” il plasma segue le linee magnetiche. Puoi controllare questo formato utilizzando i file.

È molto interessante trovare un equilibrio tra dire la verità e spiegare qualcosa in modo comprensibile

Mackenbach indossa una catena d'argento al collo con un ornamento che ricorda una ciambella attorcigliata delle dimensioni di una moneta da un euro. Ecco come appare il plasma in un reattore a fusione in Germania.

E il? Qual è la forma più efficiente?

“Non lo sappiamo ancora esattamente. Dipende da diversi fattori: esattamente quanto grande si vuole realizzare il reattore, e quanto sarà caldo il plasma? Tuttavia, le forme ideali che abbiamo trovato finora assomigliano ai reattori reali: sembrano essere delle ciambelle attorcigliate come in Germania.” sta lavorando bene.

Dove si trova il tuo futuro?

“Non pianifico mai per il futuro lontano. Ma sono sicuro che la cosa che mi piace di più è fare ricerca. Nel nuovo anno andrò in Svizzera per i miei post-doc per continuare a lavorare sulle forme di ciambelle.”

Hai dato Presentazione all'Università dei Paesi Bassi A proposito di fusione nucleare. Ti piacerebbe parlare di scienza sul palco come Carl Sagan?

“Sì! È molto interessante trovare un equilibrio tra dire la verità e spiegare qualcosa che sia comprensibile a un vasto pubblico. E so anche, grazie alla mia esperienza musicale, come attirare l'attenzione. Non vuoi mandare troppo all'aria molte informazioni al minuto e vuoi anche solo renderlo divertente Durante la performance Non sempre parli per venti minuti tra due canzoni.

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