O físico Sam Lazerson do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) se uniu a cientistas alemães para confirmar que o dispositivo de energia de fusão Wendelstein 7-X (W7-X) chamado de estelarador em Greifswald, Alemanha, produz campos magnéticos de alta qualidade que são consistentes com seu design complexo.

As evidências, publicado na edição de 30 de novembro de Nature Communications , revelou um campo de erro - ou desvio da configuração projetada - de menos de uma parte em 100, 000. Tais resultados podem se tornar um passo fundamental para verificar a viabilidade de stellarators como modelos para futuros reatores de fusão.

W7-X, para o qual PPPL é o principal colaborador dos EUA, é o maior e mais sofisticado stellarator do mundo. Construído pelo Instituto Max Planck de Física do Plasma em Greifswald, foi concluído em 2015 como a vanguarda do design stellarator. Outros colaboradores da equipe dos EUA incluem Oak Ridge e Los Alamos National Laboratories do DOE, junto com a Auburn University, o Instituto de Tecnologia de Massachusetts, a Universidade de Wisconsin-Madison e Xanthos Technologies.

Campos magnéticos sinuosos

Stellarators confinam o calor, gás carregado, também conhecido como plasma, que alimenta reações de fusão em campos magnéticos sinuosos - ou 3-D, em comparação com os campos simétricos - ou 2D - que os tokamaks mais usados ​​criam. A configuração sinuosa permite que os estelares controlem o plasma sem a necessidade da corrente que os tokamaks devem induzir no gás para completar o campo magnético. Plasmas Stellarator, portanto, correm pouco risco de interromper, como pode acontecer em tokamaks, fazendo com que a corrente interna pare abruptamente e as reações de fusão sejam desligadas.

PPPL desempenhou papéis importantes no projeto W7-X. O Laboratório projetou e entregou cinco bobinas de acabamento do tamanho de uma porta de celeiro que ajustam os campos magnéticos do stellarator e possibilitam sua medição. "Confirmamos que a gaiola magnética que construímos funciona conforme projetado, "disse Lazerson, que liderou cerca de metade dos experimentos que validaram a configuração do campo. "Isso reflete as contribuições dos EUA para W7-X, " ele adicionou, "e destaca a capacidade da PPPL de conduzir colaborações internacionais." O apoio para este trabalho vem da Euratom e do DOE Office of Science.

Para medir o campo magnético, os cientistas lançaram um feixe de elétrons ao longo das linhas de campo. Em seguida, eles obtiveram uma seção transversal de toda a superfície magnética usando uma haste fluorescente para interceptar e varrer as linhas, induzindo assim a luz fluorescente na forma da superfície.

Fidelidade notável

Os resultados mostraram uma notável fidelidade ao design do campo magnético altamente complexo. "Para nosso conhecimento, "os autores escrevem sobre a discrepância de menos de uma parte em 100, 000, "esta é uma precisão sem precedentes, tanto em termos de engenharia as-built de um dispositivo de fusão, bem como na medição da topologia magnética. "

O W7-X é a versão mais recente do conceito stellarator, que Lyman Spitzer, astrofísico da Universidade de Princeton e fundador do PPPL, originado na década de 1950. A maioria dos estelares deu lugar aos tokamaks uma década depois, uma vez que as instalações em forma de rosca são mais simples de projetar e construir e geralmente confinam melhor o plasma. Mas os avanços recentes na teoria do plasma e no poder computacional levaram a um interesse renovado pelos estelares.

Esses avanços levaram os autores a se perguntarem se dispositivos como o W7-X podem fornecer uma resposta à questão de saber se os estelares são o conceito certo para energia de fusão. Serão necessários anos de pesquisa em física de plasma para descobrir, eles concluem, e "essa tarefa acabou de começar".