doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.205001
Credibilidade: 999
#Fusão
Perturbar o campo magnético de borda de um tokamak produz uma resposta contra-intuitiva: partículas entram na região confinada em vez de escapar dela.
Um tokamak utiliza campos magnéticos para confinar o plasma e atingir as altas temperaturas necessárias para produzir reações de fusão nuclear. Em alguns plasmas tokamak, o confinamento em uma parte específica do plasma chamada pedestal (a borda do plasma) pode permitir a formação de grandes gradientes de pressão. Esses gradientes de pressão (mudanças na pressão à distância) levam a instabilidades plasmáticas.
Um tipo de instabilidade que resulta de gradientes de pressão extremos é o modo localizado na borda (ELM). Um ELM envolve uma explosão de partículas e energia que deixam o plasma e atingem a parede do tokamak. Os pesquisadores de fusão podem prevenir ELMs através de alterações controladas do campo magnético. No entanto, esta abordagem também faz com que a pressão do plasma, uma função da temperatura e da densidade das partículas, seja reduzida, limitando a produção de fusão.
Experimentos recentes na Instalação Nacional de Fusão DIII-D
Em experimentos recentes no DIII-D National Fusion Facility, os pesquisadores identificaram um novo regime no qual as perturbações magnéticas aplicadas causaram uma melhoria no confinamento do pedestal. Contrariamente às expectativas, isto levou a um aumento da densidade consistente com um melhor desempenho de fusão. Os pesquisadores acreditam que a melhoria no confinamento se deve às perturbações magnéticas aplicadas que reduzem a turbulência de densidade no pedestal, fazendo com que as partículas do plasma se movam para dentro.
Implicações para futuras plantas de fusão
Esses experimentos e a modelagem associada demonstram que perturbações magnéticas podem ser aplicadas a um plasma tokamak sem reduzir o desempenho da fusão. Isto é importante para uma futura planta piloto de fusão. Os pesquisadores esperam que essas usinas operem em níveis de potência onde o fluxo de energia gasto por grandes ELMs possa danificar o dispositivo. Isso tornará as perturbações magnéticas aplicadas importantes para esses dispositivos.
Os experimentos recentes sugerem que os ELMs podem ser mitigados sem comprometer o desempenho da fusão se o plasma estiver girando na direção oposta à sua corrente. Com base neste trabalho, o projeto de uma planta piloto de fusão se beneficiará de mais insights sobre o confinamento de pedestal e do desenvolvimento de formas maximamente eficientes de usar um sistema de perturbação magnética.
Gerenciando instabilidades e melhorando o desempenho
Sob condições de forte confinamento, o pedestal de um tokamak pode produzir instabilidades que expelem partículas para dentro da parede do dispositivo. Os pesquisadores usam perturbações magnéticas aplicadas para perturbar o pedestal de tal forma que essas instabilidades (ELMs) sejam reduzidas em magnitude ou totalmente eliminadas, embora essas perturbações perturbem o campo magnético do tokamak de tal forma que algumas partículas escapam do confinamento.
Quando ocorre um ELM, a pressão do pedestal diminui, mas apenas até que o alto nível de confinamento dentro do plasma permita que a pressão aumente novamente, eventualmente levando a outro evento ELM. No entanto, perturbar o pedestal e reduzir o confinamento afeta negativamente a densidade do plasma e o desempenho da fusão. Assim, a chave tem sido permitir a perda de partículas apenas o suficiente para manter a pressão do pedestal abaixo do nível que resulta em um ELM.
Em experimentos no DIII-D National Fusion Facility, os pesquisadores forneceram a primeira demonstração da aplicação de perturbações magnéticas e do aumento da densidade do plasma no pedestal. Neste novo regime, as perturbações magnéticas fizeram com que o confinamento do pedestal melhorasse. O fluxo total de partículas na parede do tokamak causado pelos ELMs permaneceu inalterado durante as perturbações aplicadas, enquanto o aumento da densidade do plasma correspondeu a uma melhoria no desempenho da fusão.
Os pesquisadores atribuem o confinamento aprimorado às perturbações magnéticas aplicadas, reduzindo a turbulência de densidade no pedestal e causando um fluxo de partículas para dentro. À medida que essas dinâmicas se tornam melhor compreendidas, isso pode ajudar os pesquisadores a projetar um cenário tokamak perturbado que mitigue os ELMs e, ao mesmo tempo, aumente o desempenho da fusão.
Publicado em 18/01/2024 11h17
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