Um desafio chave para os cientistas que se esforçam para produzir na Terra a energia de fusão que alimenta o Sol e as estrelas é prevenir os chamados elétrons em fuga, partículas desencadeadas em experimentos de fusão interrompidos que podem fazer buracos em tokamaks, as máquinas em forma de rosca que abrigam os experimentos. Cientistas liderados por pesquisadores do Laboratório de Física do Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) usaram um novo diagnóstico com recursos abrangentes para detectar o nascimento, e as fases de crescimento linear e exponencial de elétrons em fuga de alta energia, o que pode permitir aos pesquisadores determinar como evitar o dano dos elétrons.

Energia inicial

"Precisamos ver esses elétrons em sua energia inicial, em vez de quando eles estão totalmente crescidos e se movendo perto da velocidade da luz, "disse o físico do PPPL Luis Delgado-Aparicio, que liderou o experimento que detectou os primeiros fugitivos no Madison Symmetric Torus (MST) na Universidade de Wisconsin-Madison. "O próximo passo é otimizar as formas de detê-los antes que a população de elétrons em fuga possa crescer e se tornar uma avalanche, "disse Delgado-Aparicio, autor principal de um primeiro artigo que detalha as descobertas no Revisão de instrumentos científicos .

As reações de fusão produzem grandes quantidades de energia combinando elementos leves na forma de plasma - o quente, estado carregado de matéria composta de elétrons livres e núcleos atômicos que constituem 99 por cento do universo visível. Cientistas de todo o mundo estão procurando produzir e controlar a fusão na Terra para um suprimento virtualmente inesgotável de energia limpa e segura para gerar eletricidade

O PPPL colaborou com a Universidade de Wisconsin para instalar a câmera pinhole multienergia no MST, que serviu como um teste para as capacidades da câmera. O diagnóstico atualiza e reprojeta uma câmera que o PPPL havia instalado anteriormente no tokamak Alcator C-Mod agora fechado no Massachusetts Institute of Technology (MIT), e é único em sua capacidade de registrar não apenas as propriedades do plasma no tempo e no espaço, mas também sua distribuição de energia.

Essa proeza permite aos pesquisadores caracterizar a evolução do plasma superquente, bem como o nascimento de elétrons em fuga, que começam com baixa energia. "Se entendermos o conteúdo de energia, posso dizer qual é a densidade e a temperatura do plasma de fundo, bem como a quantidade de elétrons descontrolados, "Delgado Aparicio disse." Então, adicionando esta nova variável de energia, podemos descobrir várias quantidades de plasma e usá-lo como um diagnóstico. "

Câmera nova

O uso da nova câmera move a tecnologia para a frente. "Esta certamente tem sido uma grande colaboração científica, "disse o físico Carey Forest, um professor da Universidade de Wisconsin que supervisiona o MST, que ele descreve como "uma máquina muito robusta que pode produzir elétrons descontrolados que não colocam em risco sua operação."

Como resultado, Forest disse, "A capacidade de Luis de diagnosticar não apenas o local de nascimento e a fase inicial de crescimento linear dos elétrons à medida que eles são acelerados, e então seguir como eles são transportados de fora para dentro, é fascinante. Comparar seu diagnóstico com a modelagem será o próximo passo e, claro, um melhor entendimento pode levar a novas técnicas de mitigação no futuro. "

Delgado-Aparicio já está olhando para frente. "Quero usar todo o conhecimento que desenvolvemos em MST e aplicá-lo a um grande tokamak, ", disse ele. Dois pesquisadores de pós-doutorado supervisionados por Delgado-Aparicio podem se basear nas descobertas do MST, mas no WEST, o Ambiente de Tungstênio (W) em Tokamak de estado estacionário operado pela Comissão Francesa de Energias Alternativas e Energia Atômica (CEA) em Cadarache, França.

Gama de usos

"O que eu quero fazer com meus pós-docs é usar câmeras para muitas coisas diferentes, incluindo transporte de partículas, confinamento, aquecimento por radiofrequência e também esta nova reviravolta, o diagnóstico e estudo de elétrons em fuga, "Delgado-Aparicio disse." Basicamente, gostaríamos de descobrir como dar aos elétrons uma aterrissagem suave, e essa pode ser uma maneira muito segura de lidar com eles. "

Duas dezenas de pesquisadores participaram da pesquisa com Delgado-Aparicio e são coautores do artigo sobre este trabalho. Incluídos estavam sete físicos do PPPL e oito da Universidade de Wisconsin. Juntando-se a eles estavam um total de três pesquisadores da Universidade de Tóquio, A Universidade Kyushi e os Institutos Nacionais de Ciência e Tecnologia Quântica e Radiológica do Japão; cinco membros da Dectris, um fabricante suíço de detectores; e um físico do Edgewood College em Madison, Wisconsin.