3,6 mm de diâmetro, 40um de espessura, Carcaça de diamante preenchida com B de 20 mg. Crédito:R. Moyer, Universidade da Califórnia, San Diego.
A fusão oferece o potencial de energia quase ilimitada ao aquecer um gás preso em um campo magnético a temperaturas incrivelmente altas, onde os átomos são tão energéticos que se fundem quando colidem. Mas se esse gás quente, chamado plasma, liberta-se do campo magnético, ele deve ser colocado de volta no lugar com segurança para evitar danos ao dispositivo de fusão - esse problema tem sido um dos grandes desafios da fusão confinada magneticamente.
Durante essas chamadas interrupções, a rápida liberação de energia no plasma pode danificar o dispositivo de fusão:o calor intenso pode vaporizar ou derreter as paredes, grandes correntes elétricas podem gerar forças prejudiciais, e feixes de elétrons "descontrolados" de alta energia podem causar danos localizados intensos.
Tornar as interrupções menos perturbadoras envolve a injeção de material no plasma que irradia uniformemente a energia do plasma. Um desafio é que o material tem dificuldade em atingir o meio do plasma antes que ocorra uma ruptura. Os pesquisadores esperam que colocar o material no meio pode fornecer resfriamento "de dentro para fora" do plasma, evitando a interrupção e a produção de elétrons descontrolados.
Pesquisadores do DIII-D National Fusion Facility demonstraram uma nova técnica revolucionária para obter esse resfriamento "de dentro para fora" antes que ocorra uma interrupção. Um pellet de parede fina com casca de diamante carrega uma carga de pó de boro profundamente no plasma (Figura 1). Os experimentos mostram que pelotas de casca disparadas contra o núcleo a cerca de 450 milhas por hora podem depositar pó de boro nas profundezas do plasma, onde é mais eficaz. As cascas de diamante se desintegram gradualmente no plasma antes de liberar a poeira perto do centro do plasma.
Imagem visível de (a) pellet de casca atingindo o limite do lado do campo baixo do plasma, (b) continuando através do plasma em direção ao núcleo, (c) ablação e liberação de pó de boro no núcleo. (d) Visão expandida de (c), destacando concha e poeira. (e) Seção transversal do plasma com ponto vermelho indicando a localização do pellet no momento da liberação da poeira em (c). Velocidade de injeção 230 m / s. Crédito:R. Moyer, Universidade da Califórnia, San Diego.
A nova abordagem transforma as perspectivas de energia de fusão, potencialmente resolvendo três problemas principais - irradiando de forma eficiente o calor do plasma, reduzir as forças do plasma no dispositivo de fusão, e prevenir a formação de feixes de elétrons energéticos.
Como Diretor Científico DIII-D, Richard Buttery, comentários, "Os pellets Shell oferecem o potencial de lidar com as três facetas do desafio, eliminando o risco de danos ao dispositivo. "
O trabalho futuro visa criar designs de cascas mais sofisticados que possam transportar cargas úteis maiores e penetrar em plasmas de classe de reator.
Outra técnica que está sendo explorada no DIII-D é conhecida como injeção de pellets quebrados. Nesta abordagem, pelotas sólidas congeladas feitas de um isótopo pesado de hidrogênio e néon ou argônio são disparadas contra o plasma em alta velocidade. Eles se quebram em pequenos fragmentos antes de atingirem a borda do plasma. Os pesquisadores realizaram experimentos e extrapolaram os resultados para o grande dispositivo de fusão, ITER, sendo desenvolvido na França. Eles acreditam que esta técnica será eficaz no ITER.
"A melhor maneira de evitar interrupções de maneira confiável permanece uma questão em aberto, "disse o pesquisador Nick Eidietis, que trabalha no dispositivo de fusão DIII-D em San Diego e apresentará sua pesquisa no encontro da American Physical Society Division of Plasma Physics em Portland, Oregon. "Mas estamos fazendo um progresso significativo no desenvolvimento da compreensão e das técnicas necessárias para alcançar o poder de fusão. Se essa nova técnica de concha cumprir sua promessa inicial, vai transformar as perspectivas de operação confiável de usinas de fusão. "
