Projetos de reatores de fusão com pernas longas são promissores
p Seção transversal de um plasma tokamak, com eixo de simetria cilíndrica no lado esquerdo, mostrando uma solução potencial para o desafio de exaustão de energia de fusão:(1) plasma de núcleo simétrico topo-fundo, definido por pontos-x magnéticos e (2) especialmente projetado, canais de exaustão de perna longa para dissipar a energia por meio da radiação, interação com gás e um ponto x magnético secundário na perna. Crédito:MIT
p A fusão magnética trata do gerenciamento da interface entre o plasma quente e os materiais comuns. O forte campo magnético em um tokamak - o recipiente usado nesta abordagem de fusão - é um isolante muito eficaz; é capaz de reduzir a temperatura do plasma por um fator de 100, de mais de 100 milhões de graus Celsius no centro para "apenas" 1 milhão de graus na borda. Contudo, isso não é baixo o suficiente. Portanto, é função do plasma limite reduzir a temperatura por outro fator de 100 antes de entrar em contato com a parede. p Infelizmente, esta camada limite tende a ser muito fina, concentrando o poder em uma pequena área. As usinas elétricas são projetadas para ter densidades de energia de exaustão maiores do que 100 vezes a superfície do sol e um fator de 10 a mais do que os experimentos atuais, ultrapassando em muito os limites que as superfícies materiais podem suportar. Além disso, níveis extremos de exaustão de energia podem surgir abruptamente, apresentando um desafio de controle muito difícil.
p Felizmente, os pesquisadores estão descobrindo agora que os canais de exaustão de plasma de perna longa (ou divertores) podem fornecer a solução necessária para usinas de fusão. Eles fazem uso inteligente dos pontos x:locais especiais onde a topologia do campo magnético é capaz de expandir e redirecionar o fluxo de exaustão do plasma em vários canais.
p Primeiro, um núcleo de plasma simétrico superior-inferior é criado, definido por dois pontos x magnéticos primários. Nesta configuração, experimentos indicam que aproximadamente 90 por cento do calor sai do plasma central na metade externa do dispositivo ao longo das duas pernas externas [Resumo 1]. Estender o comprimento dos canais externos e incorporar pontos x secundários neles melhorará o manuseio do escapamento de força. Além disso, esta configuração promove o acúmulo de altas pressões de gás nas pernas.
p Simulação de exaustão de energia e radiação em um canal de exaustão de plasma de perna longa que contém um ponto X magnético secundário. A exaustão de calor do plasma é totalmente acomodada por uma camada de radiação passivamente estável, evitando que o plasma quente entre em contato com as paredes do material. Conforme a potência de exaustão é aumentada, a localização da camada radiante desce pela perna. O ponto x magnético incorporado atua como um contra-recuo para lidar com os níveis de potência mais intensos. Crédito:MIT
p Uma avaliação recente das capacidades de manipulação de energia das configurações do divertor de perna longa foi realizada e comparada às configurações convencionais usando um código de simulação de plasma desenvolvido no Lawrence Livermore National Laboratory que pode lidar com pontos-x magnéticos na perna [Resumo 2]. Os efeitos combinados da geometria magnética de perna longa, As interações gás-plasma aprimoradas e a presença de um ponto x magnético secundário aumentam a capacidade de manipulação de potência de pico em até um fator de 10 em comparação com os divertores convencionais - um resultado sem precedentes.
p Mais importante, o ponto x secundário produz uma camada de radiação estável que acomoda totalmente a exaustão de calor do plasma, eliminando o contato do plasma quente nas paredes do material, mesmo quando a potência de exaustão do plasma é variada por um fator de 10. Isso torna a exaustão da potência fácil de controlar. Como o poder é variado, a localização da camada de radiação simplesmente se move para cima ou para baixo na perna conforme necessário para corresponder à energia de entrada (Figura 2). A camada radiante permanece na perna do divertor e não afeta os pontos x primários, o que degradaria o desempenho do plasma do núcleo.
p Esses resultados, combinado com outros, estão contribuindo para o planejamento da próxima etapa de dispositivos experimentais que testariam ideias de exaustão de energia em densidades de potência em nível de reator [Resumo 3].
