Um grupo de pesquisa demonstrou que ondas de plasma espontaneamente excitadas podem ser a solução para um problema há muito associado com propulsores de plasma de bocal magnético, virando o pensamento convencional de cabeça para baixo.
Detalhes de sua pesquisa foram publicados na revista Scientific Reports em 5 de dezembro de 2022.
Em propulsores de radiofrequência de bocal magnético, às vezes chamados de propulsores de helicon, os bocais magnéticos canalizam e aceleram o plasma para permitir que a espaçonave gere empuxo. A tecnologia, que aproveita a propulsão elétrica, mostra grande potencial para inaugurar uma nova era das viagens espaciais. No entanto, o chamado problema de “descolamento de plasma” tem dificultado o desenvolvimento.
Como as linhas do campo magnético sempre formam loops fechados, as que estão dentro dos bocais magnéticos inevitavelmente voltam para a estrutura do propulsor. Por esta razão, o fluxo de plasma deve ser separado do bocal magnético. Os íons, com um grande raio de giro, se desprendem facilmente do bocal magnético. Mas os elétrons, com sua pequena massa e pequeno raio de giro, estão presos às linhas de campo, gerando um campo elétrico que puxa os íons para trás e torna o impulso líquido igual a zero.
Quando o plasma se expande, ele pode ganhar ou perder energia e impulso devido a ondas, turbulência ou forças eletromagnéticas. O transporte e a perda de plasma devido à onda e à turbulência têm sido um grande problema para o confinamento de plasma em reatores de fusão termonuclear.
No entanto, depois de analisar os dados detalhados da densidade do plasma e dos sinais de flutuação do campo elétrico, o grupo de pesquisa da Tohoku University e da Australian National University descobriu que as ondas espontaneamente excitadas provocavam um transporte interno de campo cruzado de elétrons magnetizados em direção ao eixo principal do bocal magnético, neutralizando o desprendimento de íons. O transporte interno de elétrons foi de fato benéfico para o desprendimento, ajudando a reduzir a divergência do feixe de plasma em expansão.
“Nossa descoberta é um caso raro em que as instabilidades do plasma realmente têm um efeito favorável na engenharia”, disse o professor Kazunori Takahashi, do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade de Tohoku e principal autor do estudo. “Nossas descobertas abrem uma nova perspectiva sobre o papel das instabilidades nos plasmas e ajudarão no desenvolvimento de propulsores de plasma de radiofrequência de bocal magnético”.
Publicado em 11/12/2022 16h55
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