Pesquisadores do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) ganharam uma compreensão melhor de um método promissor para melhorar o confinamento de plasma de fusão superquente usando campos magnéticos. O confinamento de plasma melhorado pode permitir que um reator de fusão denominado tokamak esférico seja construído de forma menor e menos dispendiosa, movendo o mundo mais perto de reproduzir na Terra a energia de fusão que alimenta o sol e as estrelas.

O confinamento melhorado é possibilitado pelo chamado modo H de pedestal aprimorado (EP), uma variedade de alto desempenho, ou modo H, estado de plasma que foi observado por décadas em tokamaks ao redor do mundo. Quando um plasma de fusão entra no modo H, requer menos aquecimento para atingir as temperaturas superaquecidas necessárias para as reações de fusão.

O novo entendimento revela algumas das mecânicas subjacentes do modo H EP, uma condição que os pesquisadores descobriram há mais de uma década. Cientistas liderados por físicos no PPPL descobriram agora que o modo H de EP melhora o modo H em tokamaks esféricos, diminuindo a densidade da borda do plasma.

A densidade reduzida ocorre no modo EP H quando pequenas instabilidades na borda do plasma ejetam relativamente frio, partículas de baixa energia. Com menos partículas frias para esbarrar, as partículas mais quentes no plasma têm menor probabilidade de vazar.

"Como as partículas de maior energia permanecem no plasma em grandes quantidades, eles aumentam a pressão no plasma, alimentando as instabilidades que lançam partículas mais frias e diminuindo ainda mais a densidade da borda, "disse o físico do PPPL Devon Battaglia, autor principal de um artigo relatando os resultados em Física dos Plasmas . "Em última análise, a interação fortuita permite que o plasma permaneça mais quente com o mesmo aquecimento e pouca alteração na densidade média do plasma. "

Os físicos querem entender as condições sob as quais ocorre o modo EP H para que possam recriá-las em futuras usinas de fusão. "Se pudéssemos operar o plasma com esta característica em um estado estacionário, forneceria uma rota adicional para otimizar o tamanho e o ganho de energia de futuros reatores de fusão, "disse o físico do PPPL Walter Guttenfelder, um dos pesquisadores que contribuiu para as descobertas.

Reatores de fusão combinam elementos leves na forma de plasma - o quente, estado carregado de matéria composta de elétrons livres e núcleos atômicos - para gerar grandes quantidades de energia. Os cientistas usam reatores de fusão para desenvolver o processo que leva o sol e as estrelas a um suprimento virtualmente inesgotável de energia para gerar eletricidade.

Os físicos Rajesh Maingi e David Gates descobriram o modo H de EP em 2009 ao usar o National Spherical Torus Experiment (NSTX) do PPPL, o predecessor do National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U). "A descoberta deles foi empolgante porque o plasma confinado se reorganizou e fez um trabalho melhor de manter seu calor sem uma grande mudança na quantidade de plasma, "disse Battaglia.

"É como adicionar melhor isolamento à sua casa, "ele disse." Quanto mais o plasma retém seu calor, quanto menor você pode tornar o dispositivo, já que você não precisa de camadas adicionais de plasma para isolar o núcleo quente. "Além disso, ele adicionou, "dando um salto na nossa compreensão de como o modo EP H surge, podemos ter mais confiança em sermos capazes de prever se isso vai acontecer. A próxima etapa é usar os novos recursos do NSTX-U para demonstrar que podemos aproveitar esse processo em nossos projetos de reatores de fusão. "