La sfida dell'energia di fusione è spesso equiparata a catturare e trattenere i fulmini in una bottiglia. L'analogia è azzeccata. I fulmini e un plasma di energia da fusione hanno molto in comune. Le somiglianze includono temperature molto elevate, enormi cariche elettriche, e fluidodinamica estremamente complessa. I ricercatori del DIII-D National Fusion Facility hanno scoperto un'altra caratteristica condivisa tra i due tipi di plasma:una strana onda elettromagnetica nota come whistler. Se le loro teorie sono corrette, la scoperta del whistler potrebbe aiutare a capire meglio gli elettroni in fuga nei tokamak. Potrebbe anche aiutare a controllare queste particelle distruttive.

Gli elettroni in fuga sono una preoccupazione significativa per i futuri dispositivi tokamak di grandi dimensioni come ITER. Questi elettroni devono essere mitigati a causa del loro potenziale di causare danni significativi alle pareti dei tokamak che confinano il plasma. I ricercatori del DIII-D e di altre strutture di fusione stanno esplorando approcci per controllare i fuggiaschi. Mentre molto resta da fare, il team pensa che ci sia un modo per iniettare whistler in un plasma per controllare gli elettroni in fuga. I fischi avrebbero dissanguato energia dalle particelle, rendendoli meno propensi a scappare.

Da più di un secolo, misteriose onde elettromagnetiche che si verificano naturalmente nella ionosfera terrestre, generalmente causate da fulmini, sono state rilevate sulle linee telefoniche, antenne, e satelliti. Sono stati chiamati whistler a causa delle loro caratteristiche frequenze variabili nel tempo, che sono inconfondibili quando i segnali vengono convertiti in suono.

I teorici hanno predetto per anni che i whistler potessero esistere in un tokamak, ma gli sperimentali non furono mai in grado di osservare direttamente le onde. Recentemente, però, un team di DIII-D ha generato plasmi estremamente diffusi con un basso campo magnetico che produceva il caratteristico sibilo delle oscillazioni elettromagnetiche. Questo è, i ricercatori di DIII-D sono stati in grado di misurare per la prima volta la presenza di onde di fischietto in un tokamak. I ricercatori ritengono che i fischi siano guidati da elettroni in fuga.

Gli elettroni in fuga si sviluppano a causa di una caratteristica insolita dei plasmi:una resistenza da collisione che diminuisce con l'aumentare della velocità. Ciò consente agli elettroni energetici che sono in presenza di un campo elettrico in un tokamak di accelerare liberamente ad alte energie. Gli elettroni in fuga nei reattori a fusione raggiungono solo una velocità terminale quando si avvicinano alla velocità della luce, per la teoria della relatività di Einstein. Questi elettroni sono quindi chiamati elettroni in fuga.

Per illustrare la stranezza di questa caratteristica, se i paracadutisti sperimentassero lo stesso fenomeno, saltare da un aereo sarebbe sempre fatale, poiché il paracadutista dipende dall'aumento della resistenza all'aumentare della velocità per fornire una velocità terminale.

Se grandi flussi di fuggiaschi dovessero sfuggire al plasma in un reattore a fusione, potrebbero causare danni alle pareti del materiale circostante. I whistler possono svolgere un ruolo nella regolazione della generazione e dell'evoluzione degli elettroni in fuga. Gli esperimenti DIII-D mostrano che le onde whistler guidate da elettroni in fuga modificano i fuggiaschi in modo tale da reindirizzare parte della loro energia.

Un'idea simile è stata esplorata negli studi ionosferici sulle onde di whistler. Componenti elettronici energetici diretti sono presenti anche nella ionosfera e possono danneggiare i satelliti. Si prevede che le onde di Whistler mitighino questi effetti in un modo simile a quello esplorato nei tokamak. I whistler svolgono anche un ruolo importante nella meteorologia spaziale e nella regolazione delle fasce di Van Allen terrestri. Gli esperimenti DIII-D forniscono la prima prova diretta che tali onde esistono in un tokamak e aprono un nuovo entusiasmante campo di esplorazione che potrebbe avere un'importanza fondamentale per ITER e altri grandi tokamak.