"Meça duas vezes, cortar uma vez "é um velho provérbio do carpinteiro - um lembrete de que um planejamento cuidadoso pode economizar tempo e materiais a longo prazo.

O conceito também se aplica ao design de stellarators, que são experimentos de fusão nuclear complexos destinados a explorar o potencial da fusão como uma fonte de energia. Stellarators trabalham confinando um anel de plasma extremamente quente dentro de um campo magnético de formato preciso, gerado por bobinas eletromagnéticas externas. Quando o plasma atinge vários milhões de graus - tão quente quanto o interior do sol - os núcleos atômicos começam a se fundir, liberando grandes quantidades de energia.

Antes de girar um único parafuso para construir um desses dispositivos raros e caros, engenheiros criam planos exatos usando uma série de algoritmos. Contudo, uma grande variedade de formatos de bobinas podem gerar o mesmo campo magnético, adicionando níveis de complexidade ao processo de design. Até agora, poucos pesquisadores estudaram como escolher a melhor entre todas as formas potenciais de bobinas para um stellarator específico.

O físico Matt Landreman da Universidade de Maryland fez uma revisão importante em uma das ferramentas de software mais comuns usadas para projetar stellarators. O novo método é melhor para equilibrar as compensações entre a forma do campo magnético ideal e as formas potenciais da bobina, resultando em designs com mais espaço entre as bobinas. Este espaço extra permite melhor acesso para reparos e mais locais para instalação de sensores. O novo método de Landreman é descrito em um artigo publicado em 13 de fevereiro de 2017 no jornal Fusão nuclear .

"Em vez de otimizar apenas a forma do campo magnético, este novo método considera a complexidade das formas das bobinas simultaneamente. Portanto, há uma pequena compensação, "disse Landreman, um cientista assistente de pesquisa no Instituto UMD de Pesquisa em Eletrônica e Física Aplicada (IREAP) e único autor do artigo de pesquisa. "É um pouco como comprar um carro. Você pode querer o carro mais barato, mas você também quer o carro mais seguro. Ambos os recursos podem ser incompatíveis, então você tem que encontrar uma maneira de se encontrar no meio. "

Os pesquisadores usaram o método anterior, chamado de Neumann Solver para campos produzidos por bobinas externas (NESCOIL) e descrito pela primeira vez em 1987, para projetar muitos dos stellarators em operação hoje - incluindo o Wendelstein 7-X (W7-X). O maior stellarator que existe, O W7-X começou a operar em 2015 no Instituto Max Planck de Física do Plasma na Alemanha.

"A maioria dos designs, incluindo W7-X, começou com um campo magnético de formato específico para confinar o poço de plasma. Em seguida, os designers moldaram as bobinas para criar este campo magnético, "Landreman explicou." Mas esse método normalmente exigia muitas tentativas e erros com as ferramentas de design de bobinas para evitar que as bobinas fiquem muito próximas, tornando-os inviáveis ​​para construir, ou deixando muito pouco espaço para acessar a câmara de plasma para manutenção. "

O novo método de Landreman, que ele chama de NESCOIL regularizado - ou REGCOIL para abreviar - contorna isso abordando a questão do espaçamento da bobina do design do stellarator em conjunto com a formação do próprio campo magnético. O resultado, Landreman disse, é um rápido, processo mais robusto que produz melhores formatos de bobinas na primeira tentativa.

Os testes de modelagem realizados por Landreman sugerem que os projetos produzidos pela REGCOIL confinam o plasma quente em uma forma desejável, enquanto aumenta significativamente as distâncias mínimas entre as bobinas.

"Na matemática, chamaríamos o projeto da bobina estelar de um 'problema mal colocado, 'o que significa que existem muitas soluções potenciais. Encontrar a melhor solução depende muito de colocar o problema da maneira certa, "Landreman disse." REGCOIL faz exatamente isso, simplificando os formatos das bobinas de uma forma que o problema pode ser resolvido de forma muito eficiente. "

O desenvolvimento da fusão nuclear como uma fonte de energia viável permanece distante no futuro. Mas inovações como o novo método de Landreman ajudarão a reduzir o custo e os investimentos de tempo necessários para construir novos estelares para a pesquisa e, eventualmente, prático, aplicações de geração de energia.

“Esse campo ainda está em fase de pesquisa básica, e cada novo design é totalmente único, "Landreman disse." Com essas características incompatíveis para equilibrar, sempre haverá diferentes pontos em que você pode decidir chegar a um acordo. O método REGCOIL permite que os engenheiros examinem e modelem muitos pontos diferentes ao longo deste espectro. "

O artigo de pesquisa, "Um método de potencial atual aprimorado para cálculo rápido de formas de bobina estelar, "Matt Landreman, foi publicado em 13 de fevereiro, 2017 no jornal Fusão nuclear .