Naukowcom z Irlandii i Francji udało się zobrazować impulsy radiowe generowane przez plazmę na Słońcu, dzięki czemu byli w stanie zobaczyć, jak plazma staje się niestabilna. Badania te mogą doprowadzić do przełomu w uzyskaniu kontrolowanej reakcji termojądrowej, co może zaowocować tanią, bezpieczną i czystą energią dostępną dla ludzi.

Wyrzut plazmy na Słońcu

Większość materii, z którą spotykamy się w naszym codziennym życiu, ma postać ciała stałego, cieczy lub gazu, ale większość Wszechświata składa się z plazmy – egzotycznego, wysoce niestabilnego, słabo poznanego czwartego stanu materii. Z tej materii składa się również Słońce.

Lepsze poznanie plazmy może mieć kluczowe znaczenie dla rozwoju bezpiecznych, czystych i wydajnych elektrowni termojądrowych. W laboratoriach na całym świecie od lat prowadzone są eksperymenty z kontrolowaną reakcją termojądrową. Taka reakcja jest głównym źródłem energii gwiazd. Do otrzymania kontrolowanej fuzji jądrowej niezbędne są urządzenia, takie jak tokamak lub stellarator, gdzie dzięki silnemu polu magnetycznemu utrzymywany jest pierścień gorącej plazmy, co umożliwia przeprowadzenie steny termojądrowej.

Dlatego badanie zachowania plazmy na Słońcu mają duże znaczenie. Pozwala to na porównanie tego, jak plazma zachowuje się w ziemskich laboratoriach. Gdyby udało się odtworzyć ten proces, można by taką energią zasilić miliony gospodarstw domowych. Ludzkość zapewniłaby sobie bezpieczeństwo energetyczne na lata. Do tego proces ten jest tańszy, bezpieczniejszy i przyjazny środowisku, bo nie powstają w nim szkodliwe produkty uboczne, jak w przypadku obecnie stosowanych reaktorów jądrowych.

– Fuzja jądrowa jest innym rodzajem wytwarzania energii jądrowej, który łączy atomy plazmy razem, w przeciwieństwie do rozbijania ich na części, jak w przypadku rozszczepiania. Fuzja jest bezpieczniejsza i nie wymaga wysoce radioaktywnego paliwa. W rzeczywistości większość odpadów z syntezy jądrowej to obojętnym hel – powiedział Peter Gallagher z Dublin Institute of Advanced Studies (DIAS).

We wszystkich doświadczeniach z fuzją jądrową, które zostały dotychczas przeprowadzone, nie udało się uzyskać dodatniego bilansu energetycznego, czyli wytworzenia większej ilości energii, niż została do skonsumowana. Być może prace naukowców z Irlandii i Francji, którzy obserwują zachowanie plazmy na Słońcu, pozwolą w końcu doprowadzić do przełomu w tej dziedzinie. Wyniki ich badań ukazały się na łamach „Nature Communications”.

Mimo że plazma jest najbardziej powszechną formą materii we Wszechświecie, pozostaje tajemnicą, głównie ze względu na jej niedostatek w naturalnych warunkach na Ziemi, co utrudnia jej badanie. Słońce reprezentuje całkowicie naturalne laboratorium do badania zachowania plazmy w warunkach, które są często zbyt ekstremalne dla ziemskich laboratoriów. W swoich pracach uczeni z Trinity College Dublin oraz Obserwatorium Paryskiego wykorzystali duże radioteleskopy i kamery ultrafioletowe zainstalowane na należącym do NASA Solar Dynamics Observatory (SDO).

– Atmosfera słoneczna jest siedliskiem ekstremalnej aktywności, w której temperatura plazmy przekracza 1 milion stopni Celsjusza, a cząstki zbliżają się do prędkości światła, dzięki czemu są dobrze widoczne na falach radiowych. To pozwala nam dokładnie monitorować zachowanie plazmy poprzez radioteleskopy – powiedział dr Eoin Carley z Trinity College Dublin oraz DIAS.

– Ściśle współpracowaliśmy z naukowcami z Obserwatorium Paryskiego i przeprowadziliśmy obserwacje Słońca za pomocą dużego radioteleskopu znajdującego się w Nançay w środkowej Francji. Połączyliśmy obserwacje radiowe z obrazami uzyskanymi dzięki kamerom ultrafioletowym SDO, aby pokazać, że plazma na Słońcu często emituje promieniowanie radiowe, które pulsuje jak latarnia morska. O takim zachowaniu wiemy od dziesięcioleci, ale nasze wykorzystanie sprzętu kosmicznego i naziemnego pozwoliło nam po raz pierwszy zobrazować impulsy radiowe i dokładnie zobaczyć, jak plazma staje się niestabilna w atmosferze Słońca – wyjaśnił Carley.

Badanie zachowania plazmy z wykorzystaniem narzędzi zastosowanych przez zespół naukowców może przynieść wiele cennych informacji, które być może znajdą zastosowanie w eksperymentach z fuzją jądrową. – Dużym problemem jest to, że plazma z fuzji jądrowej jest bardzo niestabilna. Gdy tylko zacznie generować energię, jakiś naturalny proces wyłącza reakcję. I chociaż to wyłączenie jest jak przełącznik bezpieczeństwa – reaktory termojądrowe nie mogą tworzyć niekontrolowanych reakcji – oznacza to również, że plazma jest trudna do utrzymania w stabilnym stanie wymaganym do generowania energii. Badając, jak plazma staje się niestabilna na Słońcu, możemy dowiedzieć się, jak ją kontrolować na Ziemi – przyznał Gallagher.

– Obserwatorium Paryskie ma długą historię obserwacji radiowych Słońca datowanych na lata 50. XX wieku. Dzięki współpracy z innymi grupami radioastronomów z całej Europie jesteśmy w stanie dokonać przełomowych odkryć – takich jak to – i kontynuować sukcesy, jaki osiągnęliśmy w radioastronomii Słońca we Francji. Wzmacnia to także współpracę naukową między Francją i Irlandią, która, mam nadzieję, będzie kontynuowana w przyszłości – ocenił Nicole Vilmer z Obserwatorium Paryskiego.

 

 

 

Źródło: Trinity College Dublin, DziennikNaukowy