Um dos objetivos de otimização mais importantes subjacentes ao dispositivo de fusão Wendelstein 7-X no Instituto Max Planck de Física de Plasma (IPP) em Greifswald foi agora confirmado. Uma análise feita por cientistas do IPP na revista Natureza mostra:Na gaiola de campo magnético otimizado, as perdas de energia do plasma são reduzidas da maneira desejada. Wendelstein 7-X pretende provar que as desvantagens dos stellarators anteriores podem ser superadas e que os dispositivos do tipo stellarator são adequados para usinas de energia.

O stellarator Wendelstein 7-X otimizado, que entrou em operação há cinco anos, tem como objetivo demonstrar que as usinas de fusão do tipo stellarator são adequadas para usinas de energia. O campo magnético, que envolve o plasma quente e o mantém longe das paredes do vaso, foi planejado com grande esforço teórico e computacional de forma que as desvantagens dos stellarators anteriores sejam evitadas. Um dos objetivos mais importantes era reduzir as perdas de energia do plasma, que são causados ​​pela ondulação do campo magnético. Isso é responsável pela deriva das partículas de plasma para fora e se perdem, apesar de estarem ligadas às linhas do campo magnético.

Ao contrário dos dispositivos concorrentes do tipo tokamak, para o qual a chamada energia "neoclássica" e a perda de partículas não são um grande problema, é uma fraqueza séria em stellarators convencionais. Isso faz com que as perdas aumentem tanto com o aumento da temperatura do plasma que uma usina elétrica projetada com base nisso seria muito grande e, portanto, muito cara.

Em tokamaks, por outro lado - graças à sua forma simétrica - as perdas devido à ondulação do campo magnético são apenas pequenas. Aqui, as perdas de energia são determinadas principalmente por pequenos movimentos de vórtice no plasma, por turbulência - que também é adicionada como um canal de perda em stellarators. Portanto, a fim de acompanhar as boas propriedades de confinamento dos tokamaks, reduzir as perdas neoclássicas é uma tarefa importante para a otimização do stellarator. De acordo, o campo magnético de Wendelstein 7-X foi projetado para minimizar essas perdas.

Em uma análise detalhada dos resultados experimentais de Wendelstein 7-X, cientistas liderados pelo Dr. Craig Beidler da Divisão de Teoria Stellarator do IPP investigaram se essa otimização leva ao efeito desejado. Com os dispositivos de aquecimento disponíveis até agora, Wendelstein 7-X já foi capaz de gerar plasmas de alta temperatura e estabelecer o recorde mundial estelar para o "produto de fusão" em alta temperatura. Este produto da temperatura, a densidade do plasma e o tempo de confinamento de energia indicam o quão perto você chega dos valores para um plasma em combustão.

Esse plasma de registro agora foi analisado em detalhes. Em altas temperaturas de plasma e baixas perdas turbulentas, as perdas neoclássicas no balanço de energia poderiam ser bem detectadas aqui:elas respondiam por 30 por cento da potência de aquecimento, parte considerável do balanço energético.

O efeito da otimização neoclássica de Wendelstein 7-X é agora mostrado por um experimento de pensamento:Foi assumido que os mesmos valores de plasma e perfis que levaram ao resultado recorde em Wendelstein 7-X também foram alcançados em plantas com um campo magnético menos otimizado . Em seguida, as perdas neoclássicas a serem esperadas foram calculadas - com um resultado claro:elas seriam maiores do que a potência de aquecimento de entrada, o que é uma impossibilidade física. "Isso mostra, "diz o professor Per Helander, chefe da Divisão de Teoria Stellarator, "que os perfis de plasma observados em Wendelstein 7-X só são concebíveis em campos magnéticos com baixas perdas neoclássicas. Por outro lado, isto prova que a otimização do campo magnético de Wendelstein diminuiu com sucesso as perdas neoclássicas ”.

Contudo, as descargas de plasma até agora têm sido curtas. Para testar o desempenho do conceito Wendelstein em operação contínua, um revestimento de parede resfriado a água está sendo instalado atualmente. Equipado desta forma, os pesquisadores irão gradativamente chegar a plasmas de 30 minutos de duração. Então, será possível verificar se o Wendelstein 7-X também pode cumprir seus objetivos de otimização em operação contínua - a principal vantagem dos estelares.

Fundo

O objetivo da pesquisa sobre fusão é desenvolver uma usina de energia que respeite o clima e o meio ambiente. Semelhante ao sol, é gerar energia a partir da fusão de núcleos atômicos. Como o fogo de fusão só acende em temperaturas acima de 100 milhões de graus, o combustível - um plasma de hidrogênio de baixa densidade - não deve entrar em contato com as paredes frias dos vasos. Detido por campos magnéticos, ele flutua quase sem contato dentro de uma câmara de vácuo.

A gaiola magnética de Wendelstein 7-X é criada por um anel de 50 bobinas magnéticas supercondutoras. Suas formas especiais são o resultado de cálculos sofisticados de otimização. Com a ajuda deles, a qualidade do confinamento de plasma em um stellarator é atingir o nível de instalações concorrentes do tipo tokamak.