El descubrimiento de 10 fases desconocidas del plasma podría acercarnos al poder de la fusión

Un nuevo método para clasificar plasmas magnetizados ha llevado al descubrimiento de 10 fases topológicas de plasmas previamente desconocidas.

Aprender más sobre estas fases, y específicamente las transiciones entre ellas, puede ayudar a los físicos del plasma a cazar una ballena beluga para obtener energía. fusión de plasma. Eso es porque las transiciones entre ellos admiten modos de borde u ondas en la intersección de las superficies de plasma.

Estas excitaciones exóticas podrían ampliar los usos prácticos potenciales del plasma magnetizado.

«Estos hallazgos podrían conducir a aplicaciones potenciales para estas excitaciones exóticas en el espacio y plasmas de laboratorio». El físico Yichen Fu. Dijo Del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL).

«El siguiente paso es explorar qué puede hacer esta emoción y cómo se puede aprovechar».

Investigaciones recientes han comenzado a observar los plasmas topológicamente, es decir, estudiar las formas de onda dentro de ellos.

Sin embargo, las fases topológicas en el plasma magnetizado frío y las transiciones entre ellas no se han explorado de forma exhaustiva. Esto es importante, porque puede ayudarnos a comprender cómo interactúa el plasma consigo mismo.

Diagrama esquemático de las etapas topológicas. (Fu & Chin, Nature Communications, 2021)

Fu y su colega, el físico de PPPL Hong Chen, buscaron describir matemáticamente las fases topológicas de los plasmas fríos en un campo magnético uniforme. Encontraron 10 fases nuevas diferentes, separadas por patrones de bordes, los límites entre dos regiones topológicas diferentes dentro del plasma. Los estudios numéricos han verificado los resultados de este par.

«El descubrimiento de las diez fases en el plasma representa un desarrollo fundamental en la física del plasma», Chen dijo.

«El primer y más importante paso en cualquier esfuerzo científico es clasificar los objetos bajo investigación. Cualquier nuevo esquema de clasificación mejorará nuestra comprensión teórica y el desarrollo posterior de la tecnología».

No se ha especulado sobre cuáles podrían ser estos desarrollos en el documento, pero hay algunas posibilidades interesantes. A menudo llamado el cuarto plasma Estado de la materia, un gas en el que los electrones se eliminan de los átomos que contiene, formando una sustancia ionizada.

Es abundante en el espacio; de hecho, es el estado de la materia en las estrellas, que es clave para la posible tecnología del plasma.

En lo profundo de los núcleos de plasma, las estrellas fusionan núcleos para formar elementos más pesados, un proceso que genera cantidades masivas de energía. Los científicos están trabajando en la fusión de plasma aquí en la Tierra como una forma de producción de energía que sería limpia y virtualmente ilimitada.

Como puede imaginar, esto es muy difícil. Necesitamos poder mantener el plasma estable a temperaturas más altas que el calor del sol el tiempo suficiente para generar y extraer energía. Hay muchos obstáculos, por lo que estamos muy lejos de ese objetivo, pero una mejor comprensión de los plasmas podría acercarnos más.

Esta investigación representa un paso en esta dirección.

«El avance más importante en el artículo es considerar los plasmas en función de sus propiedades topológicas y determinar sus fases topológicas». Fu dijo.

“Con base en estas etapas, determinamos la condición necesaria y suficiente[s] Para emocionar estas olas locales. En cuanto a cómo aplicar este avance para facilitar la investigación de la energía de fusión, tenemos que averiguarlo «.

La búsqueda fue publicada en Conexiones con la naturaleza.