Pense nos filamentos de uma lâmpada que brilham quando você liga um botão. Esse brilho também ocorre em instalações de fusão magnética conhecidas como tokamaks, que são projetadas para aproveitar a energia que alimenta o sol e as estrelas. Compreendendo como a resistividade, o processo que produz o brilho, afeta esses dispositivos pode ajudar os cientistas a projetá-los para operar de forma mais eficiente.

Pesquisadores do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) usaram supercomputadores e um código de computador de última geração para simular plasma em dispositivos de fusão sob uma ampla gama de condições do que nunca. Essa nova capacidade ajuda os pesquisadores a prever quando o plasma deve ficar calmo e quando deve exibir rajadas ocasionais de energia da borda do plasma, conhecidas como modos localizados na borda (ELMs). As novas simulações revelaram inesperadamente que a ocorrência dessas explosões pode ser fortemente influenciada pela resistividade do plasma, a propriedade de um material que obstrui o fluxo de corrente elétrica. Essa descoberta parece explicar por que ELMs aparecem em alguns tokamaks quando não eram esperados.

Fusion combina elementos leves na forma de plasma - o quente, estado carregado de matéria composta de elétrons livres e núcleos atômicos - que gera grandes quantidades de energia. Os cientistas estão tentando replicar a fusão na Terra para um suprimento virtualmente inesgotável de energia para gerar eletricidade.

"Os códigos de computador anteriores não conseguiam simular o comportamento do plasma com a precisão que gostaríamos, "disse o físico do PPPL, Andreas Kleiner, autor principal de um artigo relatando os resultados em Fusão nuclear . "Mas o modelo apresentado neste artigo produz simulações aprimoradas que podem nos ajudar a aprender como estabilizar o plasma de forma mais eficaz e extrair seu calor para produzir eletricidade."

Os pesquisadores estudaram tokamaks esféricos, instalações de fusão compactas que se assemelham a maçãs com núcleo mais do que a forma semelhante a um donut de tokamaks convencionais. Os tokamaks esféricos têm tamanho reduzido e produzem confinamento de plasma de baixo custo. "A ideia é que você pode obter mais energia de fusão por um custo menor, "disse o físico do PPPL Nathaniel Ferraro, um co-autor do artigo.

O código de computador atualizado desenvolvido pela Kleiner pode melhorar os tokamaks esféricos, ajudando a prever explosões de plasma conhecidas como modos localizados na borda (ELMs). Essas explosões se assemelham a explosões solares e ejetam grandes quantidades de partículas que resfriam o plasma e podem danificar os componentes internos do tokamak. A previsão de ELMs pode ajudar os pesquisadores a adaptar o plasma para evitar ELMs e, em última análise, ajustar o plasma em tempo real para minimizar seus efeitos nocivos.

"Este é um passo importante para a construção de uma usina de fusão, "Kleiner disse." Como a energia nesses dispositivos será muito grande, ELMs podem colocar em risco a estrutura da máquina. Precisamos ser capazes de prever o comportamento do plasma com a maior precisão possível para essas instalações. "