Cientistas que buscam trazer para a Terra a energia de fusão que impulsiona o sol e as estrelas usam ondas de radiofrequência (RF) - as mesmas ondas que trazem o rádio e a televisão para as casas - para aquecer e conduzir a corrente no plasma que alimenta as reações de fusão. Os cientistas agora desenvolveram uma maneira de definir o caminho para medir as ondas que poderiam ser usadas para validar as previsões de seu impacto, preparando o cenário para experimentos futuros aprimorados que poderiam resultar em trazer energia da fusão para a Terra.

Potencial descoberta

A descoberta potencial, liderado por pesquisadores do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE), poderia levar a experimentos de acompanhamento no National Spherical Tokamak Experiment-Upgrade (NSTX-U), o experimento de fusão carro-chefe da PPPL que está passando por reparos, bem como outras instalações de fusão em todo o mundo. "Se nosso método funcionar, seria uma ferramenta muito útil para muitos reatores de fusão, "disse Grant Rutherford, um estudante de graduação do primeiro ano no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e autor principal de um artigo no Revisão de instrumentos científicos que escreveu como Estagiário de Laboratório de Graduação em Ciências do DOE da Brown University (SULI) no PPPL.

A chave para prever o impacto das ondas de RF é medir as flutuações, ou balanços, eles criam na densidade dos plasmas de fusão. "Assim que tivermos essas flutuações, seremos capazes de retroceder para ver quais foram os campos de RF que criaram as flutuações, "Disse Rutherford.

Contudo, a alta frequência das ondas de RF faz com que as oscilações ocorram muito rapidamente para serem medidas. Então, os pesquisadores criaram uma "onda de batida" lançando duas ondas em frequências diferentes, uma técnica que produzia oscilações mensuráveis. "Se pudéssemos criar uma flutuação de onda de batida e medi-la, teríamos uma nova ferramenta para validar previsões para aquecimento de RF e acionamento de corrente, "Rutherford explicou.

Essas medições teriam benefícios abrangentes. Por exemplo, eles podem facilitar o estudo do desempenho de atuadores de ondas de RF, disse o físico do PPPL Nicola Bertelli, um co-autor do artigo, e pode permitir a validação de ferramentas de cálculo de RF desenvolvidas em toda a comunidade de fusão. Além disso, disse David Smith, um físico da Universidade de Wisconsin e co-autor do artigo, "Nossos cálculos fornecem uma avaliação inicial da técnica e motivam experimentos de acompanhamento no NSTX-U."

As reações de fusão combinam elementos leves na forma de plasma - o quente, estado carregado de matéria composta de elétrons livres e núcleos atômicos que constituem 99% do universo visível - para gerar grandes quantidades de energia. A reprodução e o controle desse processo na Terra criariam um suprimento virtualmente inesgotável de energia limpa e segura para gerar eletricidade. A fusão pode se tornar um grande contribuinte para a transição dos EUA de combustíveis fósseis para uma fonte de geração elétrica de baixo carbono.

Testando a técnica

Rutherford e co-autores testaram sua técnica criando uma versão sintética de um diagnóstico de espectroscopia de emissão de feixe 2D (BES) para avaliar injeções de RF simuladas no plasma. O objetivo era compreender e melhorar a capacidade de medir as ondas de campo de RF que criam as oscilações.

Daqui para frente, "Esperamos que, ao aumentar nossa capacidade de medir, aumentaremos nossa capacidade de entender os processos de aquecimento e de acionamento atuais, mas estamos deixando isso para trabalhos futuros, "Disse Rutherford. Esse trabalho também pode mostrar se o diagnóstico de BES no qual os cientistas basearam seu modelo pode medir as oscilações de densidade em plasmas de fusão reais, ou se algum outro diagnóstico faria melhor o trabalho crítico.