Aurora boreală ascunde secretul unui fenomen fizic extraordinar!

Acest spectacol de lumini celeste ar putea ascunde secretul unui fenomen magnetic care are legătură cu procesul de fuziune nucleară care alimentează Soarele, iar înţelegerea acestui secret ar putea să-i ajute pe oamenii de ştiinţă să eficientizeze procesul de fuziune nucleară în laborator, proces care odată ce va produce mai multă energie decât consumă s-ar putea dovedi un veritabil corn al abundenţei energetice.

Fuziunea nucleară este procesul prin care două nuclee atomice reacţionează pentru a forma un nou nucleu, mai greu (cu masă mai ridicată) decât nucleele iniţiale. Această reacţie conferă energie stelelor. Fuziunea termonucleară ar putea deveni o sursă de energie practic nelimitată (şi ecologică) atunci când reactoarele de fuziune (care în prezent se află în fază experimentală şi nu produc încă un surplus net de energie) vor deveni viabile din punct de vedere tehnologic şi economic.

În luna februarie, spre exemplu, o echipă de cercetători de la Laboratorul Lawrence Livermore din California anunţa că a reuşit să producă o reacţie de fuziune care a consumat mai puţină energie decât a produs. Însă întregul proces care a făcut posibilă această reacţie are încă nevoie de mai multă energie decât cea pe care o produce.

De această dată, o echipă de cercetători de la Universitatea din Michigan şi de la Universitatea Princeton a anunţat că experimentele de fuziune pot deveni mai performante sub raportul energiei consumate prin analiza dinamicii câmpurilor magnetice observate în timpul fenomenelor de auroră boreală.

Pentru a declanşa o reacţie de fuziune nucleară în laborator, combustibilul (de obicei un amestec în părţi egale compus din doi izotopi ai hidrogenului - deuteriu şi tritiu) trebuie dus până la o temperatură şi presiune similare celor din nucleul stelelor. Dacă acest combustibil este menţinut suficient de mult timp în aceste condiţii, gazul superfierbinte se transformă într-o "supă" de particule ionizate care se mişcă libere, denumită plasmă. În această stare de agregare, atomii de hidrogen încep să fuzioneze generând atomi mai grei de heliu. Aceasta este reacţia care asigură energia stelelor tinere. Odată declanşat acest fenomen, plasma are capacitatea de a se autosusţine - se autoîncălzeşte fără a mai avea nevoie de intervenţia altor factori externi.

Plasma solară generează un puternic câmp magnetic. Câteodată se întâmplă ca liniile de câmp ale acestui câmp magentic să fie foarte distorsionate şi adunate la un loc, moment în care Soarele aruncă o uriaşă cantitate de energie în spaţiu - fenomen cunoscut drept erupţie solară. Din când în când, astfel de erupţii solare se produc pe direcţia Pământului, trimiţând un flux de particule puternic ionizate spre planetă.

Atunci când aceste particule se apropie de Pământ, ele interacţionează cu câmpul magnetic terestru pe care-l distorsionează. Astfel, o parte dintre particulele puternic ionizate provenite din Soare pot pătrunde în atmosfera planetei noastre pe la cei doi poli. Aceste particule interacţionează apoi cu gazele care compun atmosfera terestră, oferind jocul de lumini cunoscut drept aurora boreală în nord şi respectiv aurora australă în sud.

Dacă acest vânt solar este mai puternic, poate produce o deconectare a liniilor de câmp magnetic ale Pământului. Liniiile de câmp magnetic se reconectează după o perioadă, proces în timpul căruia o parte dintre particulele emise de Soare sunt redirecționate spre Pământ, provocând efectul de auroră. Această rupere şi reconectare a liniilor de câmp magnetic de sens opus poartă denumirea de reconectare magnetică. Oamenii de ştiinţă sunt de părere că aceste reconectări magnetice alimentează chiar erupţiile solare.

Aurora boreală, spre exemplu, se produce în apropiere de Polul Nord al planetei, însă cu cât se deconectează şi apoi se reconectează mai multe linii de câmp magnetic, cu atât acest fenomen este vizibil şi la latitudini mai scăzute.

Fenomenul de reconectare magnetică se produce însă la scară foarte mică în timpul experimentului de fuziune nucleară derulat în laborator. Acest proces poate creşte eficienţa energetică a fuziunii nucleare, conform unui material publicat în ultimul număr al revistei Physical Review Letters.

Pentru a declanşa reacţia de fuziune în laborator, cercetătorii comprimă o celulă de izotopi de hidrogen cu ajutorul unor lasere foarte puternice, până ajunge la condiţii de densitate şi temperatură similare celor din interiorul unei stele.

Principala problemă cu care se confruntă este că această comprimare nu se exercită uniform asupra întregii celule de combustibil, iar în consecinţă celula este deformată.


Pentru a rezolva această problemă, facilităţile moderne în care se încearcă obţinerea fuziunii nucleare introduc această celulă de combustibil în interiorul unui recipient metalic. Undele laser urmează apoi să încălzească pereţii interiori ai acestui recipient, declanşând o ploaie densă de raze X care trebuie să încălzească celula de combustibil în mod uniform. Teoretic, această metodă ar trebui să ducă la comprimarea combustibilului uniform, în formă sferică, dar în practică nu se întâmplă aşa.

Cheia pentru a rezolva această problemă ar putea fi tocmai reconectarea magnetică.

Ruperea şi reconectarea liniilor de câmp magnetic ar avea ca rezultat modificarea formei plasmei şi ar redirecţiona fluxul de electroni purtători ai energiei termice, rezultând o răspândire mai uniformă a căldurii.

Oamenii de ştiinţă au apelat la o simulare computerizată pentru a observa procesul de reconectare magnetică din plasmă, în locurile de incidenţă a două unde laser apropiate una de cealaltă. Simularea a demonstrat că "aceste câmpuri magnetice pot fi rupte şi recompuse de fluxurile de căldură", susţine şi Will Fox, co-autor din partea Princeton Plasma Physics Laboratory.

Deocamdată cercetătorii încă nu ştiu exact cum să eficientizeze această reconectare magnetică pentru că "ne aflăm încă la un nivel primar de înţelegere a fenomenului", a mai susţinut Fox, precizând că acest studiu reprezintă doar o primă demonstraţie că acest proces se poate produce.