O processo projetado para coletar na Terra a energia de fusão que alimenta o sol e as estrelas pode a s vezes ser enganado. Pesquisadores do laboratório de Fa­sica de Plasma de Princeton do Departamento de Energia dos EUA (DOE) derivaram e demonstraram um pouco de "quase simetria" que poderia acelerar o desenvolvimento da energia de fusão como uma fonte segura, limpa e virtualmente ilimitada de energia para gerar eletricidade.

As reações de fusão combinam elementos leves na forma de plasma - o estado quente e carregado da matéria composto de elanãtrons livres e núcleos ata´micos que constituem 99% do universo visível - para gerar grandes quantidades de energia. Cientistas de todo o mundo procuram reproduzir o processo em instalações de fusão em formato de donut chamadas tokamaks, que aquecem o plasma a temperaturas de um milha£o de graus e o confinam em campos magnanãticos simanãtricos produzidos por bobinas para criar reações de fusão.

Uma questãocrucial para esses esforços émanter a rotação rápida do plasma em forma de donut que gira dentro de um tokamak. No entanto, pequenas distorções do campo magnanãtico, ou ondulações, causadas pelo desalinhamento das bobinas do campo magnanãtico, podem retardar o movimento do plasma, tornando-o mais insta¡vel. Os desalinhamentos da bobina e as ondulações de campo resultantes são minaºsculos, tão pequenos quanto 1 parte em 10.000 partes do campo, mas podem ter um impacto significativo.

Manter a estabilidade em tokamaks futuros, como o ITER, a instalação internacional que estãosendo construa­da na Frana§a para demonstrar a viabilidade da energia de fusão , seráessencial para coletar a energia para gerar eletricidade. Uma maneira de minimizar o impacto das ondulações do campo éadicionar a­ma£s para cancelar ou curar o efeito dos erros do campo magnanãtico. No entanto, as ondulações do campo nunca podem ser completamente canceladas e não houve um manãtodo ideal para mitigar seus efeitos atéagora.

O manãtodo recanãm-descoberto pede para enganar aspartículas de plasma rodopiantes, cancelando os erros do campo magnético ao longo do caminho que viajam. "Uma maneira de preservar a rotação ao mesmo tempo em que fornece estabilidade émudar a forma do campo magnético para que aspartículas sejam enganadas ao pensar que não estãose movendo em um campo magnético ondulado", disse o fa­sico Jong-Kyu Park do PPPL, autor principal de um artigo na Physical Review Letters (PRL) que propaµe uma solução. "Precisamos fazer o campo 3D dentro do plasma quase simanãtrico para enganar aspartículas e fazaª-las se comportar como se não fossem afetadas pelos campos", disse Park.

Quase-simetria, uma forma de simetria de campo magnético introduzida por fa­sicos que estudam sistemas de confinamento magnético tortuoso chamados estelares, pode ser usada para minimizar os efeitos negativos de campos 3D em tokamaks. Tal minimização pode melhorar o confinamento de energia e a estabilidade do plasma, aumentando seu fluxo rotacional.

"Se vocêpode modificar esses campos 3D para reduzir a tendaªncia daspartículas de se afastarem de onde comea§aram, então podemos manter a rotação natural do plasma e o confinamento daspartículas e do calor", disse o fa­sico do PPPL Raffi Nazikian, um coautor do papel.

Park e seus colegas demonstraram o uso de quase simetria para tornar inofensivas as ondulações do campo de erro em tokamaks. Testes na Instalação Nacional de Fusão DIII-D na General Atomics (GA) em San Diego e na instalação de Pesquisa Avana§ada de Tokamak de Supercondução Coreana (KSTAR) na Coranãia do Sul mostraram resultados positivos. O processo "fornece um caminho confia¡vel de otimização de campo de erro abrangente em plasmas de queima de fusão", de acordo com o artigo.

Embora essas otimizações sejam vitais, os cientistas normalmente usam ondulações de campo magnético para lidar com outros problemas. Por exemplo, no DIII-D, os pesquisadores usaram bobinas especiais para reduzir ou eliminar modos localizados nas bordas (ELMs) - explosaµes de calor que podem danificar o interior dos tokamaks.

Esses casos são o exemplo mais importante do bom uso de ondulações e as novas descobertas marcam um avanço no tratamento dos ruins. "Jong-Kyu usou os algoritmos para adaptar os incômodos campos magnanãticos tridimensionais do tokamak a um novo na­vel", disse Carlos Paz-Soldan, coautor do artigo como fa­sico DIII-D e agora professor associado da Universidade de Columbia . “Esta estrutura certamente seráa base sobre a qual estratanãgias de controle futuras para esses campos sera£o desenvolvidas”, disse Paz-Soldan.

Os cientistas também estãobuscando ativamente o conceito de quase-simetria para otimizar o projeto de instalações de fusão estelar que operam intrinsecamente com campos 3D. O conceito demonstrou sucesso em minimizar a perda de calor epartículas em stellarators, um problema antigo com as instalações em forma de cruller que usam um conjunto de bobinas retorcidas complexas que espiralam como listras em uma bengala de doce para produzir campos magnanãticos.

O trabalho estelar ilustra a ampla aplicabilidade da quase-simetria na pesquisa de fusão . O pra³ximo passo, disse Park, seráaplicar o conceito ao ITER, "para que possamos fazer um bom trabalho para corrigir os campos de erro naquele tokamak."