Os cientistas que buscam trazer para a Terra a fusão que alimenta o sol e as estrelas devem controlar o calor, plasma carregado - o estado da matéria composta de elétrons flutuando livremente e núcleos atômicos, ou íons - que alimentam as reações de fusão. Para cientistas que confinam o plasma em campos magnéticos, uma tarefa importante exige mapear a forma dos campos, um processo conhecido como medição do equilíbrio, ou estabilidade, do plasma. No Departamento de Energia dos EUA (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), pesquisadores propuseram uma nova técnica de medição para evitar problemas esperados ao mapear os campos em grandes e poderosos tokamaks futuros, ou dispositivos de fusão magnética, que abrigam as reações.

Bombardeios de nêutrons

Esses tokamaks, incluindo ITER, a grande experiência internacional em construção na França, irá produzir bombardeios de nêutrons que podem danificar os diagnósticos internos agora usados ​​para mapear os campos nas instalações atuais. PPPL está, portanto, propondo o uso de um sistema de diagnóstico alternativo que poderia operar em ambientes de alto nêutron.

O sistema, um tipo de diagnóstico de plasma chamado "Emissão de ciclotron de elétrons (ECE), "mede a temperatura dos elétrons circulando ao redor das linhas de campo." Usando um sistema ECE, podemos aprender sobre a temperatura do plasma e sobre as flutuações no plasma, "disse Andrew" Oak "Nelson, um estudante de pós-graduação em física de plasma no PPPL e primeiro autor de um artigo de Física de Plasma e Fusão Controlada que relata a pesquisa. "Este método proposto pode ser desenvolvido em uma ferramenta de mapeamento independente ou usado com ferramentas existentes."

O método combina dados ECE com uma imagem de câmera rápida usada para medir o limite do plasma. A combinação fornece "diagnósticos que podem ser projetados de forma robusta em ambientes de alto nêutron, "de acordo com o jornal. O processo funciona da seguinte forma:

• Os pesquisadores observam a radiação que os elétrons em ciclo emitem;
• A radiação fornece dados sobre a temperatura e modos, ou instabilidades, que crescem no plasma;
• Os dados permitem a medição do "perfil q" - a helicidade, ou em espiral, do campo magnético;
• A medição da helicidade permite aos operadores tokamak mapear e controlar o equilíbrio do plasma.

Reverter um processo

Esta técnica, que os pesquisadores testaram em uma descarga simulada do National Spherical Torus Experiment (NSTX) no PPPL antes de sua atualização, reverte um processo normalmente usado na pesquisa de fusão. "As pessoas geralmente obtêm o perfil q do equilíbrio, "disse Nelson, "mas nosso artigo mostra que você também pode obter o equilíbrio conhecendo o perfil q."

Trabalhando em estreita colaboração com Nelson foi seu conselheiro, Egemen Kolemen, físico do PPPL, professor assistente do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Universidade de Princeton. "Oak é um aluno extremamente talentoso, "Kolemen disse." O método que ele desenvolveu permite a construção do estado do plasma de fusão usando apenas um único diagnóstico, ECE. Isso será útil para muitos tokamaks, incluindo ITER, porque combinar muitos diagnósticos diferentes é problemático e sujeito a erros. "

Os pesquisadores agora planejam testar a técnica ECE em uma ampla variedade de descargas de plasma. Uma técnica comprovada e totalmente desenvolvida pode fornecer um sistema valioso para mapear os campos magnéticos cruciais no ITER e nos tokamaks de próxima geração.