Como pós-doutorando no Plasma Science and Fusion Center (PSFC), o graduado do MIT passou os últimos dois anos em Oxford, Inglaterra, uma cidade que ele lembra que pode ser percorrida inteiramente “no tempo que leva para caminhar do MIT a Harvard”. Com suas antigas paredes de pedra, catedrais, ruas de paralelepípedos e caminhos sinuosos, aquela pequena cidade foi sua base para um grande projeto: JET, um tokamak que é atualmente o maior experimento de energia de fusão magnética em operação no mundo.
Localizado no Culham Center for Fusion Energy (CCFE), parte da Autoridade de Energia Atômica do Reino Unido, este importante centro de pesquisa do Programa Europeu de Fusão anunciou recentemente um sucesso histórico. Usando uma mistura de combustível de 50-50 deutério-trítio pela primeira vez desde 1997, o JET estabeleceu um recorde de potência de fusão de 10 megawatts de saída em cinco segundos. Produziu 59 megajoules de energia de fusão, mais que dobrando o recorde de 22 megajoules estabelecido em 1997. Como membro da equipe JET, Tinguely supervisionou os sistemas de medição e instrumentação (diagnósticos) contribuídos pelo grupo do MIT.
Uma chance de sorte
A oportunidade de pós-doutorado surgiu no momento em que Tinguely estava se formando com doutorado em física pelo MIT. Gerenciado pelo professor Miklos Porkolab como pesquisador principal por mais de 20 anos, este programa de pós-doutorado preparou vários jovens pesquisadores para carreiras em instalações de fusão em todo o mundo. A pesquisa colaborativa forneceu a Tinguely a chance de trabalhar em um dispositivo de fusão que adicionaria trítio ao combustível usual de deutério.
A fusão, o processo que alimenta o Sol e outras estrelas, pode fornecer uma fonte de energia livre de carbono a longo prazo na Terra, se puder ser aproveitada. Durante décadas, pesquisadores tentaram criar uma estrela artificial em uma garrafa em forma de rosquinha, ou “tokamak”, usando campos magnéticos para manter o combustível de plasma turbulento confinado e longe das paredes de seu recipiente por tempo suficiente para que a fusão ocorresse.
Em seus dias de estudante de pós-graduação no MIT, Tinguely trabalhou no Alcator C-Mod tokamak do PSFC, agora desativado, que, como a maioria dos dispositivos de fusão magnética, usava deutério para criar os plasmas para experimentos. O JET, desde que começou a operar em 1983, fez o mesmo, juntando-se posteriormente a um pequeno número de instalações que adicionaram trítio, um isótopo radioativo do hidrogênio. Embora essa adição aumente a quantidade de fusão, ela também cria muito mais radiação e ativação.
Tinguely considera-se afortunado por ter sido colocado no JET.
“Não há muitos tokamaks operando nos EUA agora”, diz Tinguely, “sem mencionar um que estaria executando deutério-trítio (DT), que não é executado há mais de 20 anos, e que seria fazendo algumas medições realmente importantes. Consegui um lugar de muita sorte onde fiz pós-doutorado no MIT, mas morava em Oxford, trabalhando em um projeto muito internacional.”
Créditos: Foto: Paul Rivenberg
Dedilhar linhas de campo magnético
As medidas que interessam a Tinguely são de ondas eletromagnéticas de baixa frequência em plasmas tokamak. Tinguely usa um diagnóstico de antena desenvolvido pelo MIT, EPFL Swiss Plasma Center e CCFE para sondar os chamados modos próprios de Alfvén quando eles são estáveis, antes que as partículas alfa energéticas produzidas pelos plasmas de fusão DT possam levá-los à instabilidade.
O que torna o “Alfvén Eigenmode Active Diagnostic” do MIT essencial é que, sem ele, os pesquisadores não podem ver ou medir automodos estáveis. Os modos instáveis aparecem claramente como flutuações magnéticas nos dados, mas as ondas estáveis são invisíveis sem aviso da antena. Essas medições ajudam os pesquisadores a entender a física das ondas de Alfvén e seu potencial para degradar o desempenho da fusão, fornecendo insights que serão cada vez mais importantes para futuros dispositivos de fusão DT.
Tinguely compara o diagnóstico aos dedos nas cordas da guitarra.
“As linhas do campo magnético no tokamak são como cordas de guitarra. Se você não tem nada para dar energia às cordas – ou dar energia às ondas das linhas do campo magnético – elas simplesmente ficam lá, elas não fazem nada. As partículas energéticas do plasma podem essencialmente “tocar as cordas da guitarra”, dedilhar as linhas do campo magnético do plasma, e é aí que você pode ver as ondas em seu plasma. Mas se o impulso de partículas energéticas das ondas não for forte o suficiente, você não as verá, então você precisa vir e “tocar as cordas” com nossa antena. E é assim que você aprende algumas informações sobre as ondas.”
Grande parte da experiência de Tinguely no JET ocorreu durante a pandemia de Covid-19, quando a operação e a análise fora do local eram a norma. No entanto, como o diagnóstico do MIT precisava ser ligado e desligado fisicamente, alguém da equipe de Tinguely precisava estar no local duas vezes por dia, uma rotina que se tornou ainda menos conveniente quando o trítio foi introduzido.
“Quando você tem deutério e trítio, você produz muitos nêutrons. Então, alguns dos prédios ficaram fora dos limites durante a operação, o que significava que eles tinham que ser ligados muito cedo pela manhã, como 6h30, e depois desligados muito tarde da noite, por volta das 22h30.”
Olhando para o futuro
Agora pesquisadora do PSFC, Tinguely continua trabalhando remotamente no JET. Ele às vezes deseja poder voltar a pegar aquele trem de Oxford a Culham – que ele lembra com carinho por sua eficiência limpa e confortável – para ver colegas de trabalho e visitar amigos locais. A vida que ele criou para si mesmo na Inglaterra incluiu ensaios e apresentações com o Oxford Bach Choir, de 125 anos, bem como serviço de jantar semanal no The Gatehouse, uma instalação que oferece suporte gratuito para moradores de rua e comunidades de baixa renda.
“Estar de volta também é emocionante”, diz ele. “É divertido ver como as coisas mudaram, como as pessoas e os projetos cresceram, que novas oportunidades chegaram.”
Ele se refere especificamente a um projeto que está começando a tomar mais do seu tempo: SPARC, o tokamak que o PSFC apoia em colaboração com a Commonwealth Fusion Systems. Projetado para usar deutério-trítio para obter ganhos de fusão líquida, o SPARC poderá usar as pesquisas mais recentes sobre JET com vantagem. Tinguely já está explorando como sua experiência com automodos de Alfvén pode apoiar o experimento.
“Na verdade, tive a oportunidade de fazer meu doutorado – ou DPhil, como eles chamam – na Universidade de Oxford, mas fui para o MIT para fazer pós-graduação”, revela Tinguely. “Então, isso é quase como um encerramento, em certo sentido. Eu tive que ter minha experiência em Oxford no final, apenas de uma maneira diferente, e ter a experiência do MIT também.”
Ele acrescenta: “E eu me vejo aqui no MIT por algum tempo”.
Publicado em 02/03/2022 07h34
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