Pesquisadores da General Atomics (GA) inventaram um novo tipo de câmera de raios gama que pode gerar imagens de feixes de elétrons energéticos dentro do plasma de fusão ultra-quente.

O dispositivo é usado em pesquisas globais em andamento que estão desenvolvendo a fusão em uma nova fonte de energia limpa. Transformar o combustível de fusão em energia extraível requer que ele seja mais quente do que o centro do sol, portanto, no estado de plasma. Se a fase de desligamento da operação não for bem controlada, a energia magnética liberada pode levar uma população de elétrons a velocidades relativísticas. Se esta população não for controlada, os elétrons impactam as paredes internas da câmara de plasma, levando a danos materiais.

Uma equipe de pesquisadores está trabalhando para entender melhor as propriedades desses elétrons no DIII-D National Fusion Facility operado pela GA em San Diego para o Departamento de Energia dos EUA. Eles projetaram e construíram um Gamma Ray Imager para capturar a imagem dessas partículas.

O Gamma Ray Imager funciona com o princípio de uma câmera pinhole padrão (Figura 1), exceto que é feito de chumbo e pesa 420 libras (190,5 kg). O gerador de imagens realmente registra imagens de raios gama igualmente energéticos que são emitidos pelos elétrons, e o chumbo é necessário para obter um bom foco (Figura 2). Essas medições de raios gama fornecem informações sobre a energia, direção, e quantidade de elétrons na população relativística, dando aos pesquisadores uma visão incomparável de como os elétrons energéticos evoluem e interagem com o plasma de fusão.

"Este sistema nos permite ver com detalhes sem precedentes como diferentes propriedades do plasma podem mitigar esses elétrons, "disse o Dr. Carlos Paz-Soldan, o cientista que liderou os primeiros experimentos utilizando a nova câmera. Os resultados, a ser apresentado na Conferência da American Physical Society Division of Plasma Physics, de 31 de outubro a novembro. 4, demonstrar experimentalmente que as forças de "reação" da radiação são capazes de minar os elétrons de mais alta energia, enquanto as colisões com outros elétrons são mais eficazes em baixa energia (Figura 3).

Essas medições implicam que o controle energético de elétrons não é único, e que energias diferentes requerem estratégias de controle diferentes.

Com as novas medidas, os cientistas podem comparar o comportamento das populações de elétrons aos modelos teóricos que estão sendo desenvolvidos por equipes de pesquisa em todo o mundo. Esses modelos são, por sua vez, crucial para prever como as populações de elétrons se comportarão em novos reatores, como o tokamak ITER agora em construção em Cadarache, França, e, assim, garantir que eles possam ser controlados de forma adequada.