Você pode estar mais familiarizado com o elemento lítio como um componente integrante da bateria do seu smartphone, mas o elemento também desempenha um papel no desenvolvimento da energia de fusão limpa. Quando usado em superfícies de tungstênio em dispositivos de fusão, o lítio pode reduzir instabilidades periódicas no plasma que podem danificar as paredes do reator, cientistas descobriram.

Os resultados, demonstrado por cientistas do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) e colaboradores do Tokamak Supercondutor Experimental Avançado da China (EAST) descobriram que o pó de lítio pode eliminar instabilidades conhecidas como modos localizados nas bordas (ELMs) quando usado para revestir um componente voltado para o plasma de tungstênio chamado "divertor" - a unidade que esgota o calor residual e as partículas do plasma que alimentam as reações de fusão. Se deixado sozinho, tais instabilidades podem danificar o divertor e causar reações de fusão para chiar.

Os resultados são uma boa notícia para futuros dispositivos que planejam usar tungstênio em seus próprios divertores projetados para trabalhar com lítio.

Experimentos anteriores com pó de lítio no EAST confirmaram a capacidade do metal de eliminar ou reduzir a frequência e a intensidade das explosões periódicas de ELMs que ocorrem na borda externa dos plasmas que podem danificar o divertor. ELMs se desenvolvem regularmente quando o plasma entra em um estado de alta energia conhecido como modo de alto confinamento, ou modo H, que retém o calor dentro do plasma de forma mais eficiente. Os ELMs também podem liberar grandes quantidades de calor que danificam os componentes voltados para o plasma e liberam material erodido que pode entrar no plasma e resfriar as reações de fusão.

Durante as experiências anteriores, Os divertores superior e inferior do EAST foram revestidos com carbono leve e poroso, em vez de tungstênio de metal pesado. "Então, a questão era se o lítio teria o mesmo efeito nas paredes de tungstênio como tem nas paredes de carbono, "disse o físico do PPPL Rajesh Maingi, autor principal com Jiansheng Hu, do Instituto de Física do Plasma da Academia Chinesa de Ciências (ASIPP), de um artigo que descreve os resultados na revista Fusão nuclear .

O problema estava em questão porque pesquisas recentes sobre outros tokamaks em formato de donut, como o Axi-Symmetric Divertor Experiment-Upgrade (ASDEX-U) na Alemanha, sugeriram que os componentes voltados para plasma feitos de tungstênio realmente reduzem a capacidade dos revestimentos de lítio de controlar ELMs. O lítio foi injetado em ASDEX-U por meio de grandes pellets rápidos, em comparação com o pó de lítio que foi injetado gravitacionalmente nos experimentos EAST.

Nos experimentos recentes, os pesquisadores manipularam o plasma dentro do EAST para que ele exaurisse seu calor residual na parte superior dos dois divertores dentro do tokamak. Ao contrário do divertor inferior, que era feito de carbono, o divertor superior é fabricado em tungstênio.

Os resultados mostraram que o lítio injetado no plasma em contato com o tungstênio reduz os ELMs tanto quanto o lítio faz quando o plasma esgota seu calor no carbono. Os físicos agora têm maior confiança de que as técnicas usadas para reduzir ELMs nas máquinas de fusão atuais serão capazes de reduzir ELMs em máquinas maiores no futuro, contanto que sejam projetados para serem compatíveis com o lítio.

A equipe de pesquisa observou que ficou mais fácil eliminar ELMs conforme os experimentos progrediam, sugerindo que a eliminação poderia exigir menos lítio com o passar do tempo. Os cientistas gostariam, portanto, de encontrar uma maneira de regular a quantidade de lítio injetada no plasma, talvez reduzindo a taxa de injeção uma vez que os ELMs tenham desaparecido para controlar o estoque de lítio e otimizar o desempenho do plasma.