Νέφη αερίου έφτασαν σε θερμοκρασία 2 δισεκατομμυρίων βαθμών στο εργαστήριο Sandia

Πηγή: Associated Press, 9 Μαρτίου 2006

Ένας επιταχυντής σωματιδίων στα εργαστήρια Sandia έχει θερμάνει ένα σμήνος φορτισμένων σωματιδίων σε μια θερμοκρασία ρεκόρ: 2 δισεκατομμύρια βαθμοί Kelvin, μια θερμοκρασία πολύ πιο πάνω από αυτή που βρίσκεται στο εσωτερικό ενός αστεριού.

Οι επιστήμονες που εργάζονται με τη μηχανή Sandia Z ανέφεραν ότι το κατόρθωμα αυτό αποκάλυψε επίσης και ένα νέο φαινόμενο που θα μπορούσε τελικά να κάνει τις μελλοντικές εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας με πυρηνικής σύντηξη  μικρότερες και φτηνότερες όταν λειτουργήσουν εάν και οι εγκαταστάσεις αυτές στηρίχθηκαν στην προηγουμένως γνωστή φυσική.

"Αρχικά, επαναλάβαμε το πείραμα πολλές φορές για να σιγουρευτούμε ότι είχαμε ένα αληθινό αποτέλεσμα και όχι ένα ψεύτικο φαινόμενο¨, λέει ο Chris Deeney, επικεφαλής του προγράμματος.

Το πείραμα του Sandia, που κράτησε 14 μήνες για δοκιμές και προσομοιώσεις στους υπολογιστές δεδομένου ότι έγινε για πρώτη φορά, περιγράφηκε στο Physical Review Letters. Οι συντάκτες της ανακοίνωσης παρουσίασαν επίσης μια θεωρητική εξήγηση αυτού που συνέβη από τον σύμβουλο του Sandia, Malcolm Haines, έναν φυσικό στο Αυτοκρατορικό Κολέγιο στο Λονδίνο.

Το επίτευγμα δεν θα σημάνει ότι ξεκινάμε την σύντηξη στο εγγύς μέλλον, αλλά είναι άλλο ένα βήμα προς εκείνο τον στόχο, λέει ο Neal Neal Singe,, ένας εκπρόσωπος των εργαστηρίων Sandia.

Η Μηχανή Z του Sandia, που στεγάζεται σε ένα μεγάλο εργαστήριο, σχεδιάζεται να παραγάγει τεράστια ποσά ενέργειας. Το ρεύμα του ξεπερνά κανονικά τα 20 εκατομμύρια amps μέσω μιας συστάδας καλωδίων από βολφράμιο τα οποία έχουν πάχος λιγότερο από μια ανθρώπινη τρίχα. Ο τεράστιος ηλεκτρικός παλμός ατμοποιεί αμέσως τα καλώδια σε ένα νέφος φορτισμένων υπέρθερμων σωματιδίων, το γνωστό ως πλάσμα.

Συγχρόνως, η μηχανή Ζ συμπιέζει το πλάσμα με ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο μέχρι να φτάσει το πάχος της μύτης ενός μολυβιού. Σχεδόν αμέσως, τα σωματίδια 'διαλύονται' κυριολεκτικά όταν συγκρούονται μαζί, κάνοντας τη θερμοκρασία να ανέβει κατά εκατομμύρια βαθμούς.

Το Sandia κατάφερε να ανεβάσει την θερμοκρασία της μηχανής Ζ σε δισεκατομμύρια βαθμών εν μέρει, με την αντικατάσταση των χαλύβδινων συρμάτων γύρω από έναν μεγαλύτερο πυρήνα στο μέγεθος ενός φλυτζανιού. Αυξάνοντας το μέγεθος του πυρήνα αυξάνεται επίσης και η απόσταση που ταξίδεψαν τα ιόντα, δίνοντας τους έτσι περισσότερο χρόνο να αυξήσουν την ταχύτητα τους και επομένως ενέργεια.

Και το πιο παράξενο είναι ότι η ενέργεια που εκλύθηκε από το πλάσμα με την μορφή ακτίνων Χ ήταν τέσσερις φορές περισσότερη από την κινητική ενέργεια που εισήλθε στο σύστημα. Κανονικά, στις μη πυρηνικές αντιδράσεις, η ενέργεια που εκλύεται είναι λιγότερη από την αρχική.

Αλλά ο μεγαλύτερος πυρήνας δεν ήταν υπεύθυνος για όλη τη θερμότητα που παρήχθη στη σύγκρουση. Δεν θα μπορούσε επίσης να εξηγήσει γιατί τα σωματίδια του πλάσματος δεν σταμάτησαν να κινούνται μόλις συγκρούονταν το ένα με το άλλο - για περίπου 10 δισεκατομμυριοστά του ενός δευτερολέπτου. Κάποια λοιπόν άγνωστη ενέργεια τα ανάγκασε να συνεχίσουν να κινούνται  αντίθετα στο μαγνητικό πεδίο.

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η ενέργεια του ίδιου του μαγνητικού πεδίου της μηχανής Ζ πρόσθεσε την ενέργεια στα σωματίδια. Συγκεκριμένα μπορεί να προκλήθηκε από μικροδιαταράξεις του μαγνητικού πεδίου που αυξάνουν την κινητική ενέργεια των παγιδευμένων σωματιδίων. Ενώ το πλάσμα θα έπρεπε να έχει απελευθερώσει όλη του την ενέργεια, συνεχίζει να εκλύει θερμότητα λόγω τριβής ανάμεσα σε ιόντα και ηλεκτρόνια.

Το νέο φαινόμενο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στα εργαστήρια της σύντηξης που θα ξεκινούσε μια ελεγχόμενη πυρηνική αντίδραση, θερμαίνοντας ένα μικρό ποσό δευτέριου ή τριτίου. Είναι πιθανό να είναι αποδοτικότερη από άλλες προτεινόμενες μεθόδους επειδή παράγει υψηλότερες θερμοκρασίες ενώ απαιτεί και τη λιγότερη δαπάνη ενέργειας.

Επίσης, θα μπορούσε να αποκαλύψει και το πώς εμφανίζονται οι ηλιακές εκλάμψεις, οι πίδακες του διάπυρου υλικού από την επιφάνεια του Ήλιου.