Um desafio chave para capturar e controlar a energia de fusão na Terra é manter a estabilidade do plasma - o gás eletricamente carregado que alimenta as reações de fusão - e mantê-lo a milhões de graus de calor para lançar e manter as reações de fusão. Este desafio requer o controle de ilhas magnéticas, estruturas semelhantes a bolhas que se formam no plasma em instalações de fusão tokamak em forma de donut. Essas ilhas podem crescer, resfriar o plasma e desencadear interrupções - a liberação repentina de energia armazenada no plasma - que podem interromper as reações de fusão e danificar seriamente as instalações de fusão que as abrigam.

Melhor controle da ilha

Pesquisas feitas por cientistas da Universidade de Princeton e do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) apontam para um controle aprimorado das ilhas magnéticas problemáticas no ITER, o tokamak internacional em construção na França, e outras futuras instalações de fusão que não podem permitir grandes interrupções. "Esta pesquisa pode abrir a porta para esquemas de controle aprimorados, anteriormente considerados inalcançáveis, "disse Eduardo Rodriguez, um estudante de pós-graduação no Programa de Princeton em Física do Plasma e primeiro autor de um artigo em Física dos Plasmas que relata as descobertas.

A pesquisa vem no seguimento de trabalhos anteriores de Allan Reiman e Nat Fisch, que identificou um novo efeito chamado "condensação de corrente de RF [radiofrequência]", que pode facilitar muito a estabilização de ilhas magnéticas. O novo Física dos Plasmas papel mostra como fazer o uso ideal do efeito. Reiman é um Distinguished Research Fellow no PPPL e Fisch é um professor da Universidade de Princeton e Diretor do Programa Princeton em Física de Plasma e Diretor Associado de Assuntos Acadêmicos do PPPL.

As reações de fusão combinam elementos leves na forma de plasma - o estado da matéria composto de elétrons livres e núcleos atômicos - para gerar grandes quantidades de energia no sol e nas estrelas. Cientistas de todo o mundo estão procurando reproduzir o processo na Terra para um suprimento virtualmente inesgotável de energia limpa e segura para gerar eletricidade para toda a humanidade.

O novo jornal, com base em um modelo analítico simplificado, concentra-se no uso de ondas de RF para aquecer as ilhas e conduzir a corrente elétrica que as faz encolher e desaparecer. Quando a temperatura fica suficientemente alta, podem ocorrer interações complicadas que levam ao efeito de condensação de corrente de RF, que concentra a corrente no centro da ilha e pode aumentar muito a estabilização. Mas conforme a temperatura aumenta, e o gradiente de temperatura entre a borda mais fria e o interior quente da ilha fica maior, o gradiente pode gerar instabilidades que tornam mais difícil aumentar ainda mais a temperatura.

Ponto-contraponto

Este ponto-contraponto é um indicador importante para saber se as ondas de RF atingirão seu objetivo de estabilização. "Analisamos a interação entre a condensação atual e o aumento da turbulência do gradiente que o aquecimento cria para determinar se o sistema está estabilizado ou não, "Rodriguez diz." Queremos que as ilhas não cresçam. "O novo artigo mostra como controlar a potência e o direcionamento das ondas para fazer uso otimizado do efeito de condensação de corrente de RF, tendo em conta as instabilidades. Focar nisso pode levar a uma melhor estabilização dos reatores de fusão, "Rodriguez disse.

Os pesquisadores agora planejam introduzir novos aspectos no modelo para desenvolver uma investigação mais detalhada. Essas etapas incluem o trabalho que está sendo feito para incluir o efeito de condensação em códigos de computador para modelar o comportamento das ondas de RF lançadas e seu verdadeiro efeito. A técnica seria, em última análise, usada na concepção de esquemas ideais de estabilização de ilhas.