Uma equipe internacional de pesquisadores liderada pelo Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) atualizou um código de computador chave para calcular as forças que atuam no plasma confinado magneticamente em experimentos de energia de fusão. A atualização fará parte de um conjunto de ferramentas computacionais que permitirão aos cientistas aprimorar ainda mais o projeto de instalações em formato de pequeno-almoço conhecidas como stellarators. Juntos, os três códigos da suíte poderiam ajudar os cientistas a trazer reatores de fusão eficientes mais próximos da realidade.

O software revisado permite que os pesquisadores determinem mais facilmente o limite do plasma em stellarators. Quando usado em conjunto com dois outros códigos, o código pode ajudar a encontrar uma configuração estelar que melhora o desempenho do design. Os dois códigos complementares determinam a localização ideal para o plasma em uma câmara de vácuo estelar para maximizar a eficiência das reações de fusão, e determinar a forma que os eletroímãs externos devem ter para manter o plasma na posição adequada.

O software revisado, chamado de "código de equilíbrio de pressão escalonada de limite livre (SPEC), "é uma de um conjunto de ferramentas que os cientistas podem usar para ajustar o desempenho do plasma para criar mais facilmente a energia de fusão." Queremos otimizar a posição do plasma e as bobinas magnéticas para equilibrar a força que faz com que o plasma se expanda enquanto o segura. Lugar, colocar, "disse Stuart Hudson, físico, vice-chefe do Departamento de Teoria do PPPL e autor principal do artigo relatando os resultados em Física do plasma e fusão controlada .

"Dessa forma, podemos criar um plasma estável cujas partículas têm maior probabilidade de se fundir. O código SPEC atualizado nos permite saber onde o plasma estará para um determinado conjunto de bobinas magnéticas."

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

A estabilidade do plasma é crucial para a fusão. Se o plasma salta dentro de um stellarator, pode escapar, legal, e reprimir as reações de fusão, com efeito, extinguindo o fogo de fusão. Uma versão anterior do código, também desenvolvido por Hudson, só poderia calcular como as forças estavam afetando um plasma se os pesquisadores já soubessem a localização do plasma. Pesquisadores, Contudo, normalmente não tem essa informação. "Esse é um dos problemas com plasmas, "Hudson disse." Eles se movem para todos os lados.

A nova versão do código SPEC ajuda a resolver o problema, permitindo aos pesquisadores calcular o limite do plasma sem saber de antemão sua posição. Usado em coordenação com um código de projeto de bobina denominado FOCUS e um código de otimização denominado STELLOPT - ambos também desenvolvidos no PPPL - a SPEC permite que os físicos garantam simultaneamente que o plasma terá o melhor desempenho de fusão e os ímãs não serão muito complicados para construir. "Não adianta otimizar a forma do plasma e depois descobrir que os ímãs seriam incrivelmente difíceis de construir, "Hudson disse.

Um desafio que Hudson e seus colegas enfrentaram foi verificar se cada etapa da atualização do código foi realizada corretamente. Sua abordagem lenta e constante foi crucial para garantir que o código faça cálculos precisos. "Digamos que você esteja projetando um componente que será lançado em um foguete até a lua, "Hudson disse." É muito importante que essa parte funcione. Então você testa, testa e testa. "

Atualizar qualquer código de computador exige uma série de etapas de interligação:

• Primeiro, os cientistas devem traduzir um conjunto de equações matemáticas que descrevem o plasma em uma linguagem de programação que um computador possa entender;
• Próximo, os cientistas devem determinar as etapas matemáticas necessárias para resolver as equações;
• Finalmente, os cientistas devem verificar se o código produz resultados corretos, seja comparando os resultados com aqueles produzidos por um código que já foi verificado ou usando o código para resolver equações simples cujas respostas são fáceis de verificar.

Hudson e colegas realizaram os cálculos com métodos amplamente diferentes. Eles usaram lápis e papel para determinar as equações e etapas da solução, e computadores PPPL poderosos para verificar os resultados. “Demonstramos que o código funciona, "Hudson disse." Agora ele pode ser usado para estudar experimentos atuais e projetar novos. "