Na geração de energia de fusão, é essencial que as partículas de alta energia geradas por uma reação de fusão em plasma quente o aqueçam para sustentar novas reações de fusão. A chave para esse autoaquecimento do plasma é se ele pode ser aquecido por ondas criadas pelas partículas de alta energia.
Um grupo de pesquisa liderado pelo professor Katsumi Ida, professores assistentes Tatsuya Kobayashi e Mikiro Yoshinuma do Instituto Nacional de Ciência da Fusão e professor Yuto Kato da Universidade de Tohoku, mediu a variação de tempo do perfil de velocidade do plasma no Large Helical Device (LHD) em o Instituto Nacional de Ciência da Fusão e descobriu que as ondas eletromagnéticas produzidas por partículas de alta energia transportam calor através de um processo chamado amortecimento de Landau. Esta é a primeira observação no mundo deste processo. Um artigo resumindo os resultados desta pesquisa foi publicado em Communications Physics em 28 de setembro.

Até agora não havia nenhum método para medir diretamente o processo de aquecimento do plasma causado por ondas eletromagnéticas geradas dentro do plasma, então não se sabe se esse processo realmente existe. Para capturá-lo, o professor Katsumi Ida e seu grupo de pesquisa trabalharam para desenvolver um novo sistema de medição.

Para medir diretamente o processo de aquecimento, é necessário determinar a variação temporal da distribuição de velocidade, que indica quais partículas de velocidade estão presentes e em que proporção. Para este fim, eles injetaram átomos de alta velocidade no plasma e usaram um método para medir a distribuição de velocidade das partículas de plasma em alta velocidade a partir da distribuição de comprimento de onda da luz emitida pelo plasma (espectroscopia de troca de carga de alta velocidade). O professor Ida e seus colegas aceitaram o desafio da medição de velocidade ultra-alta, que era considerada difícil, e conseguiram medir a variação de tempo da distribuição de velocidade das partículas de plasma a uma velocidade ultra-alta de 10 kHz (10.000 vezes por segundo).

No LHD, estão sendo conduzidos experimentos para investigar o autoaquecimento do plasma, usando um feixe de partículas de alta velocidade, que simula partículas de alta energia de reações de fusão nuclear. Neste experimento para simular o autoaquecimento, um sistema de medição recém-desenvolvido foi usado para medir em detalhes a variação no tempo da distribuição de velocidade das partículas de plasma. Como resultado, descobriu-se pela primeira vez no mundo que o plasma é aquecido devido à desaceleração do feixe de partículas de alta velocidade e à distorção do perfil de velocidade das partículas de plasma causadas pela geração de ondas eletromagnéticas no interior o plasma.

A razão para esta distorção do perfil de velocidade foi que a energia do feixe de partículas de alta velocidade foi transferida para a onda eletromagnética através de um processo chamado amortecimento de Landau, e a energia da onda eletromagnética foi transferida para as partículas de plasma. Em outras palavras, eles observaram que as ondas eletromagnéticas carregavam a energia do feixe de partículas de alta velocidade para o plasma e o aquecem.

A professora Ida disse:"Para o autoaquecimento do plasma na geração de energia de fusão, não é suficiente que as partículas de alta energia colidam com as de plasma e as aqueçam, então o aquecimento por outros processos também é necessário. ondas geradas dentro do plasma podem aquecê-lo, fornece conhecimento importante para a pesquisa de fusão. Além disso, contribuirá para o estudo da magnetosfera terrestre, onde ocorre a aceleração de partículas por um processo semelhante, e promoverá futuras pesquisas interdisciplinares." + Explorar mais

Simulações demonstram aquecimento de íons por oscilações de plasma para energia de fusão