doi.org/10.1088/1361-6587/ad2edc
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#Fusão
Assim como átomos se unem para liberar energia, pesquisadores de fusão ao redor do mundo estão unindo forças para enfrentar a crise energética global. Controlar a fusão de plasma como uma fonte de energia confiável para redes de energia é um desafio complexo, exigindo esforços globais.
O Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) está liderando várias iniciativas nesse campo, incluindo uma colaboração no desenvolvimento de um novo dispositivo de fusão na Universidade de Sevilha, na Espanha. O projeto do Tokamak de Pequeno Aspecto (SMART) se beneficia grandemente dos códigos computacionais do PPPL e de sua experiência em sistemas magnéticos e sensores.
“O projeto SMART é um excelente exemplo de como podemos trabalhar juntos para resolver os desafios da fusão e ensinar à próxima geração o que já aprendemos”, disse Jack Berkery, diretor adjunto de pesquisa do PPPL. “Precisamos fazer isso juntos, ou não vai acontecer.”
Manuel Garcia-Munoz e Eleonora Viezzer, professores da Universidade de Sevilha e co-líderes do projeto SMART, afirmaram que o PPPL parecia o parceiro ideal para o primeiro experimento de tokamak da universidade. A próxima etapa foi decidir que tipo de tokamak construir.
“Precisávamos de algo que a universidade pudesse pagar, mas que também trouxesse uma contribuição única para o campo da fusão”, disse Garcia-Munoz. “A ideia foi combinar tecnologias já estabelecidas: um tokamak esférico e uma triangularidade negativa, tornando o SMART o primeiro de seu tipo. E essa se mostrou uma ideia fantástica.”
O SMART oferece controle mais fácil sobre o plasma de fusão
Triangularidade se refere à forma do plasma dentro do tokamak. Em geral, o plasma tem a forma de um “D” maiúsculo. Quando a parte reta do “D” está voltada para o centro, temos uma triangularidade positiva. Quando a parte curva está voltada para o centro, o plasma possui triangularidade negativa.
Segundo Garcia-Munoz, a triangularidade negativa pode melhorar o desempenho, suprimindo instabilidades que expulsam partículas e energia do plasma, evitando danos às paredes do tokamak.
“Essa abordagem tem um desempenho atraente e pode ajudar no controle de energia para futuros reatores de fusão compactos”, disse ele. “A triangularidade negativa reduz as flutuações dentro do plasma e oferece uma área maior de escape de calor.”
A forma esférica do SMART deve facilitar o confinamento do plasma, em comparação com os tokamaks em formato de rosquinha. O formato é crucial para manter o plasma confinado. Por isso, o experimento principal do PPPL, o NSTX-U, também é mais arredondado. O SMART será o primeiro tokamak esférico a explorar completamente o potencial da triangularidade negativa.
A expertise do PPPL em códigos computacionais é essencial
O PPPL tem um longo histórico de liderança em pesquisas sobre tokamaks esféricos. A equipe de fusão da Universidade de Sevilha procurou o PPPL para implementar o SMART no TRANSP, um software de simulação desenvolvido pelo laboratório. Diversas instalações, incluindo empresas privadas, utilizam o TRANSP.
Mario Podesta, ex-membro do PPPL, foi fundamental para ajudar a Universidade de Sevilha a definir a configuração dos feixes neutros usados para aquecer o plasma. Stanley Kaye, diretor de pesquisa do NSTX-U, agora trabalha com Diego Jose Cruz-Zabala, pesquisador da SMART, para determinar as correntes necessárias para moldar o plasma nas diferentes fases da operação.
Desenvolvendo diagnósticos para o longo prazo
A colaboração também se estende à área de diagnósticos, dispositivos que medem a temperatura e densidade do plasma durante as reações de fusão. Manjit Kaur e Ahmed Diallo, do PPPL, juntamente com Viezzer, estão liderando o projeto de um sistema de diagnóstico para o SMART. Este sistema medirá com precisão a temperatura e densidade dos elétrons do plasma.
James Clark, engenheiro de pesquisa do PPPL, está trabalhando no trajeto do laser para o diagnóstico, enquanto Luis Delgado-Aparicio, junto com outros pesquisadores, está liderando os esforços para adicionar dois novos tipos de diagnósticos ao SMART: um diagnóstico de raios-X suaves e espectrômetros.
Os pesquisadores da Universidade de Sevilha já realizaram um teste no tokamak, exibindo um brilho rosa de argônio aquecido com micro-ondas. Este processo prepara as paredes internas do tokamak para plasmas mais densos. Embora esse brilho seja tecnicamente plasma, ainda é de baixa pressão, e o verdadeiro primeiro plasma do tokamak está previsto para acontecer no outono de 2024.
Publicado em 02/10/2024 17h59
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