Partículas subatômicas passam em torno de máquinas de fusão em forma de anel conhecidas como tokamaks e às vezes se fundem, liberando grandes quantidades de energia. Mas essas partículas - uma sopa de elétrons carregados e núcleos atômicos, ou íons, conhecido coletivamente como plasma - às vezes pode vazar dos campos magnéticos que os confinam dentro dos tokamaks. O vazamento resfria o plasma, reduzindo a eficiência das reações de fusão e danificando a máquina. Agora, físicos confirmaram que um código de computador atualizado pode ajudar a prever e, em última análise, evitar que tais vazamentos aconteçam.

A equipe de pesquisa atualizou o TRANSP, o código de simulação de plasma desenvolvido no Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) e usado em centros de pesquisa de fusão em todo o mundo, instalando um novo bit de código conhecido como modelo de kick em um dos componentes TRANSP. O modelo de chute - assim chamado porque simula choques de energia que chutam as partículas dentro do plasma - permite que o TRANSP simule o comportamento das partículas com mais precisão do que antes. Auxiliado por subprogramas conhecidos como NUBEAM e ORBIT que modelam o comportamento do plasma destilando informações de dados brutos, esta versão atualizada do TRANSP pode ajudar os físicos a entender melhor e prever os vazamentos, bem como criar soluções de engenharia para minimizá-los.

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. Os cientistas estão tentando replicar a fusão na Terra para um suprimento virtualmente inesgotável de energia para gerar eletricidade.

A equipe descobriu que a versão atualizada do TRANSP modelou com precisão o efeito da instabilidade dente de serra - um tipo de distúrbio que afeta as reações de fusão - no movimento de partículas altamente energéticas que ajudam a causar reações de fusão. "Esses resultados são importantes porque podem permitir que os físicos usem a mesma abordagem para lidar com um amplo espectro de instabilidades sem mudar de um modelo para outro, dependendo do problema específico, "disse o físico do PPPL Mario Podestà, um co-autor do artigo que relatou as descobertas em Fusão nuclear . Os resultados, com base nas instabilidades em dente de serra que ocorreram durante a operação do National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U) da PPPL em 2016, estender a pesquisa PPPL anterior para colocar modelos de chute no TRANSP.

A versão atualizada do TRANSP pode simular o comportamento do plasma de experimentos que ainda não foram realizados, Podestà disse. "Porque entendemos a física embutida no modelo de chute, e porque esse modelo simulou com sucesso resultados de experimentos anteriores para os quais temos dados, temos confiança de que o modelo de chute pode modelar experimentos futuros com precisão, " ele disse.

No futuro, os pesquisadores querem determinar o que acontece entre as instabilidades para ter uma noção mais completa do que está ocorrendo no plasma. Enquanto isso, Podestà e os outros cientistas estão animados com os resultados atuais. "Agora vemos um caminho para melhorar as maneiras como podemos simular certos mecanismos que perturbam as partículas de plasma, "Podestà disse." Isso nos aproxima de previsões quantitativas e confiáveis ​​para o desempenho de futuros reatores de fusão. "