A linha vermelha mostra a densidade de corrente conduzida ao longo da trajetória de microondas em um plasma DIII-D, com o vermelho mais escuro mostrando onde a corrente maior é conduzida para o plasma. Esta figura foi modelada com o código de rastreamento de raios TORAY-GA. Crédito:Xi Chen, DIII-D National Fusion Facility.
Pesquisadores do DIII-D National Fusion Facility em San Diego demonstraram uma nova abordagem para injetar microondas em um plasma de fusão que dobra a eficiência de uma técnica crítica que pode ter implicações importantes para reatores de fusão futuros. Os resultados mostram que o lançamento das microondas no plasma por meio de uma nova geometria oferece melhorias substanciais no acionamento da corrente do plasma.
O Dr. Xi Chen apresentará as descobertas da equipe na reunião anual da Divisão de Física do Plasma da APS desta semana.
A construção de reatores de fusão econômicos no futuro exigirá o acionamento eficiente da corrente elétrica em regiões específicas do plasma - uma técnica conhecida como acionamento de corrente fora do eixo. A corrente elétrica aumenta a estabilidade do plasma contido magneticamente em reatores de fusão em forma de donut, conhecidos como tokamaks. A corrente permite que o plasma permaneça coeso enquanto é aquecido a mais de 150 milhões de graus, onde os átomos de hidrogênio começam a se fundir e liberar grandes quantidades de energia. Uma das técnicas para impulsionar a corrente, conhecido como Electron-Cyclotron Current Drive (ECCD), usa microondas extremamente poderosas para aquecer elétrons no plasma. Quanto mais eficientemente as microondas interagem com os elétrons energéticos, quanto maior o impulso atual no plasma.
As microondas do ECCD eram tradicionalmente injetadas da curva externa do tokamak em direção ao coração do plasma. Modelagem de computador recente na DIII-D, Contudo, a eficiência prevista poderia ser substancialmente melhorada movendo o ponto de injeção em direção ao topo do tokamak e direcionando-o cuidadosamente para pontos precisos longe do centro (Figura 1). Com base nessa modelagem, O Dr. Chen liderou uma equipe que projetou e instalou um novo sistema que permite que as microondas sejam injetadas por cima. Esta nova configuração de lançamento alinha a trajetória de microondas com o campo magnético e distribuição de energia do plasma, de modo que as microondas interajam seletivamente apenas com os elétrons mais energéticos, dobrando a eficiência atual da unidade.
A previsão de dobrar a eficiência do acionamento de corrente fora do eixo devido ao amortecimento mais seletivo da energia das ondas por meio de um sistema ECCD de lançamento superior foi validada por experimentos recentes no DIII-D. À esquerda está a previsão usando o código Fokker-Planck quasi-linear CQL3D e à direita estão as medições. Crédito:Xi Chen, DIII-D National Fusion Facility
Os resultados experimentais foram surpreendentes na medida em que se alinhavam aos ganhos previstos pelos modelos de computador (Figura 2).
"Eu tinha grandes expectativas de que veríamos melhorias com base na modelagem, mas ficamos surpresos com a clareza e rapidez com que dobramos a eficiência nas medições reais, "disse o Dr. Chen." Estamos muito entusiasmados em ver esses resultados e achamos que isso pode ser muito significativo. "Esses resultados fornecem validação experimental da abordagem de ECCD de lançamento principal e podem ser uma consideração importante no planejamento de tokamaks futuros .
