As simulações reproduzem a temperatura do plasma (superior) e a densidade (inferior) na região do divertor. Crédito:ORNL
Os pesquisadores que trabalham no tokamak DIII-D em San Diego estão trabalhando para mostrar como o transporte de plasma e a física atômica se unem para fornecer soluções de exaustão de energia.
Um dos grandes desafios que os cientistas da fusão enfrentam é lidar com os enormes fluxos de energia exauridos pelos plasmas de fusão, que são criados em dispositivos chamados tokamaks, como o DIII-D National Fusion Facility. Deixado por conta própria, a intensa energia carregada em um plasma tokamak seria concentrada em uma área tão pequena que destruiria rapidamente qualquer material em seu caminho.
A estratégia padrão para lidar com a exaustão de energia em reatores é converter o calor em radiação eletromagnética, que distribui o poder de maneira mais uniforme e dá às paredes de metal que cercam o plasma uma chance de lutar. Este processo ocorre no divertor do tokamak, um dispositivo que serve como uma região tampão entre o plasma de fusão e as paredes da câmara circundante.
Até agora, simulações previram muito menos radiação do que a medida em experimentos. Isso foi atribuído à combinação altamente complicada de física atômica e molecular em jogo na região do divertor, o que é um desafio para incluir totalmente nas simulações. Os pesquisadores do DIII-D adotaram outra abordagem para estudar o problema:elimine a física molecular do experimento executando plasmas usando Hélio, um gás nobre que não forma moléculas (Figura 1).
Os altos níveis de radiação encontrados em experimentos de tokamak também são encontrados em simulações. Crédito:ORNL
Esses experimentos mostraram que a radiação pode ser totalmente reproduzida em simulações, desde que os parâmetros de plasma do divertor sejam contabilizados com precisão (Figura 2). Fazer essa contabilidade dependia de combinar a densidade medida diretamente no divertor - uma medida disponível exclusivamente no DIII-D. Usando medições na borda mais distante do plasma principal como entrada para a simulação, como geralmente é feito, não é bom o suficiente, trazendo à tona que um link está faltando no transporte de plasma conectando o plasma principal ao divertor. Uma vez que isso é contabilizado, o plasma dentro do divertor também pode ser reproduzido usando os modelos.
"Esses resultados dão muito mais confiança em nossa capacidade de usar simulações para projetar soluções de exaustão radiante para o futuro, que é fundamental para o sucesso do esforço de fusão, "disse o Dr. John Canik do Laboratório Nacional de Oak Ridge, que liderou a equipe que incluiu cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Livermore e General Atomics, que opera a instalação DIII-D em cooperação com o Departamento de Energia dos EUA.
Este sucesso também aponta para a importância de capturar a física atômica e molecular mais complicada dos plasmas padrão, explicou o Dr. Canik. Os resultados da equipe serão relatados na 58ª conferência anual da American Physical Society Division of Plasma Physics em San Jose
"Este trabalho trouxe à tona um 'elo perdido' no transporte de plasma, conectando o divertor de volta ao plasma principal, " ele disse, observando que seu trabalho será objeto de experimentos futuros.
