p Dentro de sua casa e escritório, a corrente alternada de baixa tensão (AC) alimenta as luzes, computadores e aparelhos eletrônicos para o uso diário. Mas quando a eletricidade vem de fontes remotas de longa distância, como hidrelétricas ou usinas de geração solar, transportá-lo como corrente contínua (DC) é mais eficiente - e convertê-lo de volta para corrente AC requer interruptores volumosos e caros. Agora, a empresa General Electric (GE), com assistência de cientistas do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE), está desenvolvendo um switch avançado que converterá corrente CC de alta tensão em corrente CA de alta tensão para os consumidores de forma mais eficiente, permitindo a transmissão de energia de longa distância a custo reduzido. Como uma etapa final, as subestações ao longo da rota reduzem a corrente CA de alta tensão para corrente de baixa tensão antes de chegar aos consumidores. p A GE está testando um tubo cheio de plasma - o estado carregado da matéria composto de elétrons e íons livres que o PPPL estuda para entender a energia de fusão e uma ampla gama de processos - que a empresa está desenvolvendo como o dispositivo de conversão. O switch deve ser capaz de operar por anos com voltagem de até 300 quilovolts para permitir que uma única unidade substitua de forma econômica os conjuntos de switches semicondutores de energia agora necessários para converter entre energia CC e CA ao longo das linhas de transmissão.

p Chave de modelos PPPL

p Como testar um interruptor de plasma de alta tensão é lento e caro, A GE recorreu ao PPPL para modelar o switch para demonstrar como a alta corrente afeta o gás hélio que a empresa está usando dentro do tubo. A simulação modelou a quebra - ou ionização - do gás, produzindo novos insights sobre a física do processo, que os cientistas relataram em um artigo aceito na revista Ciência e tecnologia de fontes de plasma . Os resultados foram construídos a partir de um artigo PPPL de 2017 publicado na revista Física dos Plasmas que modelou o efeito da ruptura de alta tensão sem apresentar uma teoria analítica.

p Pesquisas anteriores estudaram por muito tempo a decomposição de gases em baixa tensão. Mas "a GE está lidando com uma voltagem muito mais alta, "disse Igor Kaganovich, vice-chefe do Departamento de Teoria do PPPL e do Laboratório de Plasma de Baixa Temperatura do PPPL e co-autor dos dois artigos. "O mecanismo de ruptura de baixa pressão e alta tensão foi mal compreendido devido à necessidade de considerar novos mecanismos de ionização de gás em altas tensões, que é o que fizemos. "

p Os resultados identificaram três regimes de degradação diferentes que se tornam importantes quando a alta tensão é usada para transformar o hélio em plasma. Nestes regimes, elétrons, íons e átomos neutros rápidos iniciam a quebra por retroespalhamento - ou rebatendo - os eletrodos através dos quais a corrente flui. Esses resultados contrastam fortemente com a maioria dos modelos anteriores, que consideram apenas o impacto dos elétrons no processo de ionização.

p Resultados úteis para GE

p Os resultados foram úteis para a GE. "As aplicações potenciais da troca de gás dependem de sua tensão máxima possível, "disse o físico da GE Timothy Sommerer, quem lidera o projeto. "Já demonstramos experimentalmente que uma chave de gás pode operar a 100 quilovolts e agora estamos trabalhando para testar a 300 quilovolts. Os resultados do modelo PPPL são cientificamente interessantes e favoráveis ​​para o projeto de chave de gás de alta tensão."