Como surfistas pegando ondas do mar, partículas dentro do quente, O estado eletricamente carregado da matéria, conhecido como plasma, pode montar ondas que oscilam através do plasma durante os experimentos para investigar a produção de energia de fusão. As oscilações podem deslocar as partículas tão longe que elas escapam do tokamak em forma de rosquinha que abriga os experimentos, resfriar o plasma e tornar as reações de fusão menos eficientes. Agora, uma equipe de físicos liderada pelo Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) desenvolveu um método mais rápido para determinar o quanto essa interação entre partículas e ondas contribui para a perda de eficiência em tokamaks.

Fusão, o poder que impulsiona o sol e as estrelas, é a fusão de elementos leves na forma de plasma - o quente, estado carregado de matéria composta de elétrons livres e núcleos atômicos - que gera grandes quantidades de energia. Cientistas de todo o mundo estão tentando replicar a fusão na Terra para obter um suprimento virtualmente inesgotável de energia para gerar eletricidade.

O método para ajudar a determinar o impacto na fusão, publicado em Física dos Plasmas , depende de como as partículas do plasma são capturadas pelas oscilações. As partículas presas em uma oscilação podem traçar um caminho oval conhecido como estrutura ressonante, cuja largura é um fator chave. Determinar a largura dessa estrutura é fundamental. "Se você quiser saber o quão grande é o efeito da ressonância nas partículas de plasma, você precisa saber a largura de ressonância, "disse Roscoe White, um físico teórico do PPPL e autor principal do artigo.

Ao executar simulações em computadores PPPL poderosos, os pesquisadores aprenderam como um tipo de vibração de plasma conhecido como modo próprio pode deformar a ressonância e alterar como ela afeta as partículas de plasma. "Nossa pesquisa se destaca porque levamos em consideração a forma do modo próprio, que não tinha sido feito antes, "White disse.

A maneira como os modos próprios mudam as estruturas de ressonância e, portanto, o comportamento das partículas de plasma é importante para os cientistas porque o efeito pode diminuir a eficiência do ITER, a instalação multinacional sendo construída na França para demonstrar a viabilidade da energia de fusão. "As modificações da distribuição de partículas por oscilações eletromagnéticas é um problema importante para o ITER, "Disse White." Estudar esses fenômenos permite aos cientistas prever a intensidade dos efeitos das oscilações, e, em seguida, projetar maneiras de eliminar as ondas, evitar a perda de partículas, e manter a eficiência da fusão. "

As descobertas podem ser usadas para criar um modelo de computador reduzido com simplificado, ainda preciso, código que pode simular o comportamento do plasma com menos cálculos e, portanto, em muito menos tempo do que os modelos atuais levam. "A melhor simulação disponível de uma descarga em DIII-D, o tokamak operado em San Diego pela General Atomics, pode levar vários meses para um supercomputador ser concluído, "disse Nikolai Gorelenkov, principal físico pesquisador do PPPL e co-autor do artigo. "Isso é muito longo. O objetivo final é usar simulações de interação partícula-onda no plasma com rapidez suficiente para prever onde e quando as perdas podem ocorrer, e, em seguida, tome medidas para evitar essas perdas. "

A tarefa torna-se muito mais difícil no que diz respeito ao ITER. "Uma projeção conservadora para o ITER é que as simulações exigirão aproximadamente 1 milhão de vezes mais cálculos do que os necessários para os tokamaks atuais, "Gorelenkov disse." É uma quantidade de computação sem precedentes, então temos que encontrar maneiras de tornar a simulação mais fácil de terminar. "