Uma maneira que os cientistas buscam trazer para a Terra o processo de fusão que alimenta o sol e as estrelas é a captura de calor, gás de plasma carregado dentro de um dispositivo de bobina magnética em forma de cruller de café da manhã. Mas o dispositivo, chamado de stellarator, deve ser projetado com precisão para evitar que o calor escape do núcleo do plasma, onde alimenta as reações de fusão. Agora, pesquisadores do Departamento de Energia dos EUA (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) demonstraram que um código de computador avançado pode ajudar a projetar stellarators que confinam o calor essencial de forma mais eficaz.

O código, chamado XGC-S, abre novas portas na pesquisa estelar. "O principal resultado de nossa pesquisa é que podemos usar o código para simular os primeiros ou linear, e comportamento turbulento do plasma em stellarators, "disse o físico do PPPL Michael Cole, autor principal do artigo relatando os resultados em Física dos Plasmas . "Isso significa que podemos começar a determinar qual forma de estelar contém melhor o calor e mantém as condições de fusão de forma mais eficiente."

Fusion combina elementos leves na forma de plasma - o quente, estado carregado de matéria composta de elétrons livres e núcleos atômicos - e gera grandes quantidades de energia no sol e nas estrelas. Os cientistas pretendem replicar a fusão em dispositivos na Terra para um fornecimento virtualmente inesgotável de energia limpa e segura para gerar eletricidade.

Os cientistas do PPPL simularam o comportamento do plasma dentro de máquinas de fusão que se parecem com um donut, mas com beliscões e deformações que tornam o dispositivo mais eficiente, um tipo de formato conhecido como quase-axissimétrico. Os pesquisadores usaram uma versão atualizada do XGC, um código de última geração desenvolvido na PPPL para modelar turbulência em instalações de fusão em forma de rosca chamadas tokamaks, que têm uma geometria mais simples. As modificações feitas por Cole e seus colegas permitiram que o novo código XGC-S também modelasse plasmas nos stellarators geometricamente mais complicados.

As simulações mostraram que um tipo de distúrbio limitado a uma pequena área pode se tornar complexo e se expandir para preencher um espaço maior dentro do plasma. Os resultados mostraram que o XGC-S pode simular este tipo de plasma estelar com mais precisão do que era possível anteriormente.

"Acho que este é o início de um desenvolvimento realmente importante no estudo da turbulência em estelares, "disse David Gates, chefe do Departamento de Projetos Avançados do PPPL. "Isso abre uma grande janela para a obtenção de novos resultados."

Os resultados demonstram a modificação bem-sucedida do código XGC para simular turbulência em stellarators. O código pode calcular a turbulência em stellarators desde o núcleo do plasma até a borda, fornecendo uma imagem mais completa do comportamento do plasma.

"A turbulência é um dos principais mecanismos que causam o vazamento de calor dos plasmas de fusão, "Cole disse." Como os stellarators podem ser construídos em uma variedade maior de formas do que os tokamaks, talvez possamos encontrar formas que controlem a turbulência melhor do que os tokamaks. Pesquisá-los criando muitos grandes experimentos é muito caro, portanto, precisamos de grandes simulações para procurá-los virtualmente. "

Os pesquisadores planejam modificar o XGC-S ainda mais para produzir uma visão ainda mais clara de como a turbulência causa o vazamento de calor. Quanto mais completa uma imagem, mais perto os cientistas estarão de simular experimentos estelares no reino virtual. "Assim que você tiver um código preciso e um computador poderoso, mudar o design do stellarator que você está simulando é fácil, "Cole disse.