A principal instalação de fusão do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) poderia servir como modelo para uma planta piloto de fusão de próxima geração economicamente atraente, de acordo com simulações e análises recentes. A planta piloto pode se tornar o próximo passo dos EUA para colher na Terra a energia de fusão que impulsiona o sol e as estrelas como uma fonte segura e limpa de energia para gerar eletricidade.
A comunidade de fusão dos EUA recentemente pediu um esforço imediato para projetar e construir uma planta piloto econômica para gerar eletricidade na década de 2040. Os recursos exclusivos do carro-chefe da PPPL, o National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U), que está atualmente em reparo, tornaram seu design um candidato a essa função. "Trata-se de tentar projetar se essa rota é favorável para uma planta piloto econômica e além", disse o físico principal Walter Guttenfelder, principal autor de um artigo na revista Nuclear Fusion que detalha as últimas descobertas.

A fusão produz vasta energia combinando elementos leves, como hidrogênio na forma de plasma, o estado quente e carregado da matéria composto de elétrons livres e núcleos atômicos, ou íons. O plasma compõe 99% do universo visível e alimenta reações de fusão que produzem calor e luz que criam e sustentam a vida na Terra.

O NSTX-U de formato esférico produz plasmas de alta pressão necessários para reações de fusão em uma configuração relativamente compacta e econômica. Os recursos operacionais da instalação são bastante aprimorados em relação ao seu antecessor pré-atualizado. “A principal motivação para o NSTX-U é impulsionar potências ainda mais altas, campos magnéticos mais altos que suportam plasmas de alta temperatura para ver se as tendências favoráveis ​​observadas anteriormente continuam”, disse Guttenfelder.

Teoria, análise e modelagem recentes da equipe de pesquisa do NSTX-U prevêem que muitas dessas tendências devem ser demonstradas em novos experimentos do NSTX-U. As condições de operação previstas para o NSTX-U incluem o seguinte:

Iniciando plasma

A modelagem foi desenvolvida para otimizar eficientemente a iniciação e o ramp up do plasma, e foi aplicada para ajudar uma instalação de tokamak esférico no Reino Unido a produzir seu primeiro plasma.

Compreendendo a borda do plasma

Novos modelos simulam a dinâmica entre a borda do plasma e a parede do tokamak que pode determinar se o núcleo do plasma atingirá as temperaturas de 150 milhões de graus necessárias para produzir reações de fusão.

Aplicando inteligência artificial

O aprendizado de máquina de IA desenvolveu um caminho rápido para otimizar e controlar as condições do plasma que correspondem de perto aos alvos de teste previstos.

Novas técnicas

As simulações sugerem muitas novas técnicas para proteger os componentes NSTX-U internos de explosões de calor de exaustão de reações de fusão. Entre esses conceitos está o uso de lítio vaporizado para reduzir o impacto do fluxo de calor.

Desempenho estável

Estudos descobriram que uma janela para o desempenho do NSTX-U pode permanecer estável diante de instabilidades que podem degradar as operações.

O que evitar

O aumento da compreensão das condições a serem evitadas vem da excelente concordância entre a faixa prevista de plasmas instáveis ​​e uma grande base de dados experimental.

Portanto, um progresso considerável foi feito na compreensão e projeção de como o NSTX-U pode avançar no desenvolvimento da energia de fusão, a Fusão Nuclear  papel diz. "O próximo passo", disse Guttenfelder, "é ver se novos experimentos validam o que estamos prevendo e, se não, refinar as previsões. Esses passos juntos permitirão projeções mais confiáveis ​​para dispositivos futuros". + Explorar mais

Tomando uma nova tangente para controlar ondas traquinas em plasmas de fusão