Uma equipe de cientistas do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) desenvolveu um novo método para medir a quantidade de calor e partículas que bombardeiam as paredes dos dispositivos de fusão, informação crítica para entender como reduzir ou eliminar o danos aos componentes da máquina.

A chave para a nova técnica é medir a quantidade de luz emitida pelas paredes quando são atingidas por partículas de alta energia, como as encontradas em dispositivos de fusão chamados tokamaks. Este método, conhecido como termografia ativa, será combinado no futuro com uma câmera termográfica infravermelha que já mede a quantidade de calor que flui através das paredes.

“Pela primeira vez, podemos observar o transporte de calor e de partículas simultaneamente num dispositivo de fusão”, disse o físico do PPPL Richard Hawryluk, principal investigador do projeto. “Compreender o calor e as partículas depositadas nos materiais da parede nos ajudará a descobrir como otimizar o desempenho e a vida útil do reator.”

Os cientistas do PPPL colaboraram com pesquisadores do Laboratório Nacional Oak Ridge (ORNL) do DOE, da General Atomics e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts para desenvolver a nova técnica. A equipe testou a técnica no Joint European Torus (JET) do ORNL, o maior e mais poderoso dispositivo de fusão tokamak do mundo.

“Conseguimos usar um feixe de aquecimento de alta potência para aquecer com precisão um ponto localizado na superfície da embarcação JET e registrar a luz emitida”, disse Hawryluk. “Isso nos permitiu medir a contribuição relativa do calor e das partículas para as cargas de calor da superfície e determinar como as cargas de calor da superfície mudam à medida que mudamos as condições do plasma.”

A equipe descobriu que as cargas de calor foram reduzidas quando o plasma estava em um modo de alto confinamento chamado “modo H”. Isso ocorre porque o plasma era mais estável no modo H e o calor e as partículas ficavam mais efetivamente confinados ao núcleo do plasma, reduzindo a quantidade de calor e partículas que atingiam as paredes.

A nova técnica fornece uma ferramenta valiosa para estudar as interações plasma-parede em tokamaks. Esta informação é crítica para projetar e operar dispositivos de fusão que possam produzir eletricidade sem danificar seus componentes.

“Este é um passo muito importante na compreensão de como o calor e as partículas são depositados nas superfícies voltadas para o plasma dos dispositivos de fusão”, disse Hawryluk. “Esse conhecimento nos ajudará a projetar futuros reatores de fusão que possam operar com mais eficiência e por longos períodos de tempo.”