Os tokamaks em formato de rosquinha - instalações projetadas para reproduzir a energia de fusão que alimenta o sol e as estrelas na Terra - devem resistir a forças que podem ser mais fortes do que os furacões criados por interrupções no plasma que alimentam as reações de fusão. Descobertas recentes por físicos do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) mostram que certas forças liberadas por interrupções agem de maneira surpreendente. Os resultados podem permitir que designers de grandes instalações futuras, como ITER, o tokamak internacional em construção na França, para melhor conter as forças que poderiam danificar seriamente as instalações.

Duas forças

A causa dessas forças produzidas por interrupções chamadas "eventos de deslocamento vertical" (VDEs) são correntes "parasitas" que giram dentro das paredes internas de um tokamak e correntes "halo" que entram e saem das paredes. No entanto, não importa o quão forte as correntes de halo cresçam, as forças totais que batem nas paredes não se tornam mais poderosas. Resultados de simulações PPPL de última geração, usando o código principal M3D-C1 do PPPL, mostram que qualquer aumento na corrente do halo é inesperadamente compensado por uma redução na corrente parasita - assim como as perdas compensam os ganhos em uma conta bancária como se fosse um jogo de soma zero.

"O que descobrimos foi que mudar a corrente do halo não afeta a força vertical total, "disse Cesar Clauser, um bolsista de pós-graduação do PPPL que liderou a pesquisa relatada em Fusão nuclear . "Este foi um resultado surpreendente e interessante."

Fusion combina elementos leves na forma de plasma, o calor, estado carregado da matéria composta de elétrons livres e núcleos atômicos. Os físicos procuram capturar e controlar a fusão na Terra para produzir um fonte de energia limpa e virtualmente ilimitada para gerar eletricidade.

Os pesquisadores do PPPL tiveram como objetivo comparar seu modelo sofisticado com as descobertas dos modelos simplificados que o ITER usa para calcular as forças disruptivas. "Uma implicação a tirar de nosso estudo é que medir a corrente do halo pode ser um proxy para as forças totais, "disse o físico do PPPL Nate Ferraro, co-autor do artigo com o físico do PPPL Stephen Jardin. "Isso pode levar a um entendimento mais completo."

Código PPPL avançado

O código PPPL avançado M3D-C1 revelou a estreita relação entre as forças da corrente parasita e do halo em plasmas ITER e mostrou que a mudança da corrente do halo não afetou as forças verticais totais. "As simulações cobriram uma ampla gama de casos de corrente de halo, já que queríamos procurar o pior cenário, "Clauser disse.

As simulações bidimensionais analisaram a força total produzida pelas duas correntes, mas não a distribuição das forças dentro das paredes do ITER. Estudos tridimensionais futuros modelarão a distribuição para buscar caminhos para correntes halo que as correntes parasitas podem não compensar.