Fusão nuclear, a liberação de energia quando os núcleos atômicos leves se fundem, é apresentado como uma solução livre de carbono para os requisitos globais de energia. Uma rota potencial para a fusão nuclear é o confinamento inercial. Agora, uma equipe liderada pelo KAUST modelou o complexo fluxo de plasma que poderia ocorrer em tal reator de fusão.

O confinamento inercial envolve o disparo de vários feixes de laser poderosos em uma pelota de hidrogênio de várias direções, que causa uma onda de choque de implosão que aquece o alvo a temperaturas altas o suficiente para criar um plasma - uma nuvem de partículas carregadas - e iniciar a fusão. O pellet deve implodir simetricamente, mas pequenas diferenças na potência dos feixes de laser criam plasma de diferentes temperaturas e densidades, que fluem de forma diferente e criam instabilidades no combustível.

Ph.D. o estudante Yuan Li e seu supervisor Ravi Samtaney do programa de Engenharia Mecânica da KAUST e Vincent Wheatley da Universidade de Queensland, Austrália, usou um modelo de fluido de dinâmica de plasma para investigar a evolução de um tipo particular de instabilidade chamada instabilidade de Richtmyer-Meshkov (RMI).

O RMI começa como pequenas perturbações entre regiões de fluidos em aceleração impulsiva de alta e baixa densidade. As perturbações inicialmente crescem linearmente com o tempo; segue-se um regime não linear com a formação de bolhas do fluido leve penetrando no pesado e com picos do fluido pesado no leve. Eventualmente, isso evolui para uma mistura turbulenta, o que é prejudicial para alcançar o ponto quente no centro da implosão.

Li, Samtaney e Wheatley investigaram numericamente o RMI no caso de um choque cilíndrico convergente interagindo com duas interfaces que separavam fluidos de três densidades. Pesquisas anteriores indicaram que a aplicação de um campo magnético diminui a temperatura necessária para a ignição e reduz a instabilidade. A equipe estudou mudanças no campo de fluxo sob a influência de um campo magnético em forma de sela; uma topologia previamente identificada como a mais eficaz.

Simulando este sistema com diferentes razões de densidades entre os três fluidos e várias intensidades de campo magnético, a equipe confirmou que o campo magnético em forma de sela pode de fato reduzir a instabilidade. Contudo, eles mostraram que a extensão da supressão varia na interface:se era leve para pesado ou pesado para leve. Isso, por sua vez, leva a um crescimento não simétrico das perturbações. O grau dessa assimetria aumenta com o aumento da força do campo magnético.

"O campo magnético de sela suprime RMI; no entanto, também quebra a simetria do fluxo, "explica Samtaney." A simetria é muito importante para a implosão atingir alta temperatura e densidade. "

"Esperamos usar um modelo matemático mais avançado de instabilidades causadas por choque na fusão de confinamento inercial que trata íons e elétrons como fluidos separados, "diz Samtaney.