A investigação de um problema possivelmente crítico com estelaradores magnéticos sinuosos, candidatos promissores a servir como modelos para uma planta piloto de fusão dos EUA, esclareceu o impacto potencial de uma preocupação amplamente negligenciada.
A descoberta no Departamento de Energia dos EUA (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) demonstra como mudanças periódicas na força e na forma dos campos magnéticos estelaradores podem, sob certas condições teóricas, facilitar a rápida perda de confinamento de partículas de plasma de alta energia que alimentam reações de fusão.

Alta energia

"Se você quer fazer a fusão nuclear, você deve ter alta energia", disse o físico sênior do PPPL Roscoe White, principal autor de um livro Física dos Plasmas papel que os editores selecionaram como um "scilight" ou destaque científico.

Seu artigo identifica um novo tipo de perda de partículas energéticas, disse Felix Parra Diaz, chefe do Departamento de Teoria do PPPL. "Os estudos até agora se concentraram no controle de outros tipos de perdas energéticas dominantes, e agora estamos tentando reduzir ainda mais as perdas de partículas energéticas", disse Parra Diaz. "O artigo no qual essas descobertas se baseiam identifica um mecanismo que precisamos incluir ao projetar a forma ideal dos campos magnéticos estelarator.

"Embora esse mecanismo esteja incluído em nossas análises mais detalhadas das configurações do stellarator, entre muitos outros efeitos, ele não foi apontado como um problema que precisava ser resolvido. Não podemos usar análises detalhadas para otimização do stellarator devido ao seu custo computacional. É por isso que O artigo de Roscoe é importante:ele identifica o problema e propõe uma maneira eficiente de avaliar e otimizar a forma do stellarator para evitá-lo. Isso nos dá a oportunidade de desenvolver configurações do stellarator que são ainda melhores do que as existentes."

Os mecanismos que criam esse problema são chamados de "ressonâncias", que descrevem os caminhos que as partículas seguem enquanto orbitam os campos magnéticos que percorrem a máquina. Quando as partículas são ressonantes, elas retornam repetidamente ao ponto de partida. Esses retornos permitem que as instabilidades, ou modos, no gás de plasma quente e carregado criem o que chamamos de ilhas no caminho das órbitas, permitindo que as partículas e sua energia escapem do confinamento.

White usou um código de software de alta velocidade para procurar instabilidades chamadas "modos Alfven" que podem criar ilhas em tokamaks em forma de rosquinha, que são instalações de fusão experimental mais amplamente usadas. "Então eu pensei, 'Ok, vou olhar para os stellarators também", disse ele. E nos stellarators, "algo muito diferente está acontecendo", ele descobriu.

Modos não necessários

"Acontece que em um stellarator você não precisa de modos", disse White. "Nos estelaradores, quando o número de mudanças periódicas na órbita de partículas ressonantes de alta energia corresponde ao número de mudanças periódicas no campo magnético, podem ocorrer perdas de partículas", disse ele. "É como empurrar uma criança em um balanço. Quando você quer que a criança balance cada vez mais alto, toda vez que o balanço volta para você, você o empurra novamente, e isso é um empurrão em ressonância", disse ele.

Para White, "O problema até agora é que as pessoas têm se concentrado na forma do campo magnético. Mas as partículas em órbita de alta energia flutuam pelo campo, então você também deve considerar as órbitas das partículas".

No futuro, ele disse, "ver se as ressonâncias das partículas nos estelaradores correspondem ao período do campo magnético precisa entrar em condições de projeto para encontrar um bom reator". + Explorar mais

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