Os cientistas descobriram uma nova maneira de impedir que as inca´modas bolhas magnanãticas no plasma interfiram nas reações de fusão - oferecendo uma maneira potencial de melhorar o desempenho dos dispositivos de energia de fusão. E vem do gerenciamento de ondas de radiofrequência (RF) para estabilizar as bolhas magnanãticas, que podem se expandir e criar interrupções que podem limitar o desempenho do ITER, a instalação internacional em construção na Frana§a para demonstrar a viabilidade do poder de fusão.

Pesquisadores do Laborata³rio de Fa­sica de Plasma de Princeton (DOE) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) desenvolveram o novo modelo para controlar essas bolhas magnanãticas, ou ilhas. O novo manãtodo modifica a técnica padrãode depa³sito constante de raios de ra¡dio (RF) no plasma para estabilizar as ilhas - uma técnica que se mostra ineficiente quando a largura de uma ilha épequena em comparação com o tamanho caractera­stico da regia£o sobre a qual o raio de RF deposita seu poder.

Essa regia£o denota o "comprimento de amortecimento", a área sobre a qual a energia de RF normalmente seria depositada na ausaªncia de feedback não linear. A eficácia da energia de RF pode ser bastante reduzida quando o tamanho da regia£o for maior que a largura da ilha - uma condição chamada "baixo amortecimento" -, pois grande parte da energia vaza da ilha.

Os Tokamaks, instalações de fusão em forma de rosca que podem enfrentar esses problemas, são os dispositivos mais usados ​​por cientistas de todo o mundo que procuram produzir e controlar reações de fusão para fornecer um suprimento praticamente inesgota¡vel de energia segura e limpa para gerar eletricidade. Tais reações combinam elementos de luz na forma de plasma - o estado da matéria composto de elanãtrons livres e núcleos ata´micos que compõem 99% do universo visível - para gerar grandes quantidades de energia que dirigem o sol e as estrelas.

O novo modelo prevaª que depositar os raios em pulsos, em vez de fluxos em estado estaciona¡rio, pode superar o problema de vazamento, disse Suying Jin, estudante de graduação do Programa de Princeton em Fa­sica de Plasmas do PPPL e principal autor de um artigo que descreve o manãtodo em Fa­sica. de plasma . "A pulsação também pode alcana§ar maior estabilização em casos de alto amortecimento pela mesma potaªncia média", disse ela.

Para que esse processo funcione, "a pulsação deve ser feita a uma velocidade nem muito rápida nem muito lenta", disse ela. "Este ponto ideal deve ser consistente com a taxa que o calor se dissipa da ilha atravanãs da difusão".

O novo modelo baseia-se em trabalhos anteriores dos co-autores e orientadores de Jin, Allan Reiman, um ilustre pesquisador do PPPL, e do professor Nat Fisch, diretor do Programa de Fa­sica de Plasmas da Universidade de Princeton e diretor associado de assuntos acadaªmicos do PPPL. Sua pesquisa fornece uma estrutura não-linear para o estudo da deposição de potaªncia de RF para estabilizar ilhas magnanãticas.

"O significado do trabalho de Suying", disse Reiman, "éque ele expande consideravelmente as ferramentas que podem ser utilizadas no que hoje éreconhecido como talvez o principal problema que confronta a fusão econa´mica usando a abordagem de tokamak. Os Tokamaks são atormentados por esses problemas naturais. e ilhas insta¡veis , que levam a  perda desastrosa e repentina do plasma ".

Fisch acrescentou: "O trabalho de Suying não apenas sugere novas metodologias de controle; sua identificação desses efeitos recentemente previstos pode nos forçar a reavaliar descobertas experimentais passadas nas quais esses efeitos podem ter desempenhado um papel não apreciado. Seu trabalho agora motiva experimentos específicos que poderiam esclarecer os mecanismos em jogo e apontam exatamente a melhor forma de controlar essas instabilidades desastrosas ".

O modelo original de deposição de RF mostrou que aumenta a temperatura e impulsiona a corrente no centro de uma ilha para impedir que ela cresa§a. O feedback não-linear entra em ação entre a deposição de energia e asmudanças na temperatura da ilha, o que permite uma estabilização bastante aprimorada. Governar essasmudanças de temperatura éa difusão de calor do plasma na borda da ilha.

No entanto, em regimes de alto amortecimento, onde o comprimento do amortecimento émenor que o tamanho da ilha, esse mesmo efeito não-linear pode criar um problema chamado "sombreamento" durante a deposição em estado estaciona¡rio que faz com que o raio de RF fique sem energia antes de atingir o centro da ilha.

"Primeiro analisamos os esquemas de RF pulsados ​​para resolver o problema de sombreamento", disse Jin. "No entanto, verificou-se que, em regimes de alto amortecimento, o feedback não-linear na verdade faz com que a pulsação exacerba a sombra, e o raio fica sem energia ainda mais cedo. Então, revertemos o problema e descobrimos que o efeito não-linear pode causar a pulsação para reduzir a vazamento de energia da ilha em cenários de baixo amortecimento ".

Essas tendaªncias previstas se prestam naturalmente a  verificação experimental, disse Jin. "Tais experimentos", observou ela, "visariam mostrar que a pulsação aumenta a temperatura de uma ilha atéque a estabilização ideal do plasma seja alcana§ada".