Físicos do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA deram um passo importante em direção
Por que é tão importante alcançar a fusão nuclear?
A fusão nuclear é um processo físico quealimenta nosso Sol. Ocorre quando os átomos são forçados a se unirem a temperaturas e pressões extremamente altas, fazendo com que liberem enormes quantidades de energia ao se fundirem com átomos mais pesados.
Cientistas de todo o mundo estão trabalhando paracapturar e dirigir o processo de fusão atômica na Terra para desenvolver uma fonte de energia limpa, livre de carbono e possivelmente inesgotável. Já fizeram várias tentativas, mas apenas por alguns segundos. Um dos motivos é o colapso térmico.
Por que ocorre o colapso térmico e o que é?
Um problema que os cientistas desconheciam anteriormente em seu estudo do colapso térmico é a forma tridimensional ou a topologia das linhas de campo erráticas causadas pela instabilidade turbulenta.
Foto: Rsvilkoks, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Ela causou a criação de pequenas "colinas"e “vales”, onde algumas partículas são retidas enquanto outras rolam pelas “colinas” e impactam as paredes do objeto. A existência dessas “colinas” provoca um rápido colapso de temperatura, o chamado resfriamento térmico.
Em um novo estudo, os cientistas rastrearamcolapso para a desordem tridimensional de campos magnéticos fortes. Eles são usados em instalações termonucleares como substitutos da poderosa gravidade, que mantém reações de fusão em corpos celestes, por exemplo, no Sol.
No entanto, em experimentos de laboratório, esses camposdesordenado devido à instabilidade plasmática. No caso de uma violação grave, as linhas de campo ficam completamente desordenadas, “emaranhadas como espaguete”, escrevem os cientistas. Por causa disso, um grande número de partículas “grudam” na parede do tokamak. O calor resultante pode danificar as paredes da instalação de fusão.
O que os cientistas fizeram?
Como parte de um novo estudo, cientistasdescobri como criar um mapa especial para entender a topologia das linhas de energia. Isso nivela as “colinas” magnéticas. Sem eles, a maioria dos elétrons ficaria presa e não seria capaz de causar a extinção térmica observada nos experimentos.
Assim, os cientistas simularam a topologia da térmicaresfriamento como uma estrutura tridimensional complexa. Notavelmente, eles evitaram as simplificações excessivas que tantas vezes enganam os físicos. Essa topologia é notoriamente difícil de entender devido à complexa interação entre campos elétricos e magnéticos. Os pesquisadores do PPPL usaram o código GTS do laboratório para entendê-la.
Como isso funciona?
O código modela o efeito de turbulênciainstabilidade no movimento das partículas. Ele mostra como o campo elétrico criado nas instalações lança partículas entre as linhas do campo magnético e contribui para o movimento resultante das partículas aprisionadas. Isso é o que leva à têmpera térmica.
Por que isso é importante?
Novo estudo explica em termos defísica, como o plasma perde energia em direção à parede na presença de linhas de campo magnético. Isso é muito útil para encontrar formas inovadoras de mitigar ou prevenir a têmpera térmica e a quebra do plasma no futuro.
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Foto da capa: Eye Steel Film