Os dispositivos Tokamak usam campos magnéticos fortes para confinar e moldar o plasma que contém o combustível que atinge a fusão. A forma do plasma afeta a facilidade ou dificuldade de se obter uma fonte de energia de fusão viável. Em um tokamak convencional, a seção transversal do plasma tem o formato da letra D maiúscula. Quando a parte reta do D fica de frente para o lado do "buraco do donut" do tokamak em forma de donut, esta forma é chamada de triangularidade positiva. Quando a seção transversal do plasma está em forma de D para trás e a parte curva de D fica de frente para o lado do "buraco de rosca", então, essa forma é chamada de triangularidade negativa. Uma nova pesquisa mostra que a triangularidade negativa reduz o quanto o plasma interage com as superfícies do material voltado para o plasma do tokamak. Esta descoberta aponta para benefícios críticos para alcançar a energia de fusão nuclear.

Um dos desafios na ciência e tecnologia da energia de fusão é como construir futuras usinas de energia que controlem plasmas muitas vezes mais quentes que o sol. Nessas temperaturas extremas, as interações do plasma com as paredes materiais do reator de potência devem ser controladas e minimizadas. As interações indesejadas ocorrem devido à turbulência na região limite do plasma. Esta pesquisa mostra que a turbulência de contorno em plasmas de triangularidade negativa é muito reduzida quando comparada com aquela que ocorre em plasmas com formato de triangularidade positiva. Como resultado, as interações indesejadas com as paredes voltadas para o plasma também são muito reduzidas, levando, em princípio, a uma vida útil mais longa para a parede e uma redução do risco de danos à parede, algo que poderia desligar um reator.

Os cientistas sabem disso, em dispositivos de fusão tokamak, formas de plasma de núcleo com triangularidade negativa exibem um aumento substancial no confinamento de energia em comparação com plasmas com triangularidade positiva. As formas de plasma de triangularidade negativa também mostram reduções nos níveis de flutuação da temperatura e densidade do elétron do núcleo. Isso por si só torna os plasmas de triangularidade negativa candidatos promissores para um futuro reator de energia de fusão.

A nova pesquisa relatada aqui mostra que o sinal e o grau de triangularidade também têm um grande efeito na dinâmica da borda do plasma e nas propriedades de potência e exaustão de partículas, mas os cientistas sabem relativamente pouco sobre esses efeitos. Esses experimentos no Tokamak à Configuration Variable (TCV), localizado na École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) em Lausanne, Suíça, revelou uma forte redução das flutuações do plasma limite e da interação do plasma com a parede oposta para valores de triangularidade suficientemente negativos. Os pesquisadores observaram os efeitos em uma ampla gama de densidades em plasmas limitados pela parede interna e desviados. Esta forte redução na interação plasma-parede em triangularidade suficientemente negativa fortalece as perspectivas de plasmas de triangularidade negativa como uma solução de reator potencial.

A pesquisa foi publicada em Fusão nuclear .