Cientistas do Departamento de Energia dos EUA (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) refinaram o uso de campos magnanãticos para melhorar o desempenho de instalações de fusão em forma de rosquinha conhecidas como tokamaks. A técnica aprimorada protege as pea§as internas contra danos causados ​​por instabilidades chamadas "modos localizados na borda" (ELMs) e permite que os tokamaks operem por mais tempo sem pausa.

"Nosso principal resultado éque mostramos que nossa técnica pode suprimir ELMs enquanto maximiza o desempenho do plasma", disse Ricardo Shousha, estudante de pós-graduação do grupo de controle de plasma do Departamento de Engenharia Meca¢nica e Aeroespacial da Universidade de Princeton, afiliado ao PPPL. Shousha éo principal autor de um artigo relatando os resultados em Fa­sica dos Plasmas .

A fusão, o poder que impulsiona o sol e as estrelas, combina elementos leves na forma de plasma oso estado quente e carregado da matéria composto de elanãtrons livres e núcleos ata´micos osque gera enormes quantidades de energia. Os cientistas estãoprocurando replicar a fusão na Terra para um suprimento virtualmente inesgota¡vel de energia para gerar eletricidade.

Os pesquisadores usaram as instalações da Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) para estudar as condições sob as quais o centro do plasma se torna especialmente quente e denso. Esse estado desejável, conhecido como modo H, pode ocorrer quando háuma separação acentuada entre o centro e a borda mais fria; os cientistas querem que o plasma esteja no modo H porque produz reações de fusão mais eficientes. Mas como a temperatura e a densidade das duas regiaµes são tão drasticamente diferentes, as instabilidades do ELM se formam ao longo da fronteira, assim como as tempestades podem se formar onde as frentes quentes e frias se encontram. Essas instabilidades podem causar jatos semelhantes a erupções solares, gigantescos arrotos de plasma que irrompem dasuperfÍcie do sol.

Quando esses eventos ocorrem em tokamaks, eles podem danificar as paredes internas e os componentes, exigindo que a ma¡quina seja desligada para reparos. O risco éainda maior para o ITER, o tokamak multinacional que estãosendo construa­do em Cadarache, na Frana§a, para provar a viabilidade da fusão como uma fonte de energia em grande escala e livre de carbono, já que esse dispositivo criara¡ plasma com muito mais calor e energia do que plasmas tokamak atuais fazem.

Assim, os fa­sicos tem um dilema. Eles querem que o plasma esteja no modo H, mas o modo H leva a instabilidades que podem danificar o tokamak . Shousha e os outros pesquisadores se concentraram no uso de campos magnanãticos para conter as instabilidades, um manãtodo descoberto em 2003. Os campos aplicados reduzem as instabilidades, permitindo que aspartículas fluam atravanãs da fronteira. Mas um efeito colateral éque o plasma esfria e as reações de fusão se tornam menos eficientes.

A equipe de pesquisa abordou esse problema combinando a­ma£s com um sistema de feedback. A combinação determina o campo magnético mais fraco que pode suprimir os ELMs enquanto minimiza o quanto os campos degradam as condições do modo H. "Essa éa parte nova de nossa pesquisa", disse Shousha.

Os resultados vieram da dedicação dos alunos de pós-graduação aliada a uma rede internacional de pesquisadores e instituições. "Fazer parte do PPPL e da Universidade de Princeton éuma grande oportunidade para estudantes de pós-graduação", disse Egemen Kolemen, professor associado do departamento de engenharia meca¢nica e aeroespacial da Universidade de Princeton, que tem um compromisso conjunto com o PPPL e écoautor do artigo. "Eles podem fazer experimentos em qualquer lugar do mundo - Estados Unidos, China, Alemanha, Coranãia do Sul - e tem a chance de controlar essas ma¡quinas poderosas. E eles se saem muito bem. Contanto que tenham vontade, nostemos o caminho. ."

Os cientistas planejam refinar seu sistema para detectar sinais que anunciam a chegada dos ELMs para que os a­ma£s possam comea§ar a preveni-los antes que eles surjam. “A ideia éque, se pudermos detectar esses sinais precursores rapidamente, podemos agir antes que o ELM iminente aparea§a e potencialmente evita¡-lo”, disse Shousha.