Em um plasma em chamas, manter contidos os íons de alta energia produzidos pela fusão é a chave para a geração de energia. Existem grandes quantidades de ondas eletromagnéticas nesses plasmas de fusão que podem extrair íons de alta energia do plasma. Isto reduz o aquecimento do plasma pelos produtos da reação de fusão e termina o estado de queima do plasma. Novas observações do DIII-D National Fusion Facility fornecem informações importantes sobre íons de alta energia em plasmas de fusão, que são essenciais para o desenvolvimento de usinas de fusão e para a compreensão dos plasmas espaciais, com implicações para a tecnologia de satélite.
Medições recentes no DIII-D National Fusion Facility fornecem as primeiras observações diretas do movimento espacial e energético de íons de alta energia em um tokamak. Os pesquisadores combinaram essas medições com modelos computacionais avançados de ondas eletromagnéticas e suas interações com íons energéticos. Estes resultados aprofundam a nossa compreensão da interação entre ondas de plasma e íons de alta energia em plasmas de fusão.
A física do plasma e a pesquisa em fusão estão passando de instalações experimentais para projetos de demonstração de usinas de energia. Para que esta transição seja bem-sucedida, os investigadores precisam de simulações precisas e de outras ferramentas para prever o desempenho dos projetos de centrais elétricas. A maioria das instalações atuais não é capaz de gerar plasma de combustão. No entanto, os investigadores compreendem muito da física relevante e estão a desenvolver ferramentas de simulação para reproduzir o comportamento experimental observado.
O estudo atual fornece novas medições de correntes iônicas de alta energia no tokamak DIII-D. Isto irá acelerar o desenvolvimento de modelos que possam explicar a dinâmica de todas as interações onda-íon relevantes. A engenharia espacial de fase também pode ser aplicada após uma compreensão mais profunda. Os pesquisadores podem usar esse processo para projetar novos plasmas de fusão com base nas interações ideais previstas entre ondas e íons. Notavelmente, estas interações também podem danificar satélites, pelo que esta investigação pode ajudar a melhorar a fiabilidade dos satélites.
Pesquisadores do DIII-D National Fusion Facility, uma instalação usuária do Departamento de Energia, fizeram as primeiras medições usando um novo sistema de diagnóstico, o Imaging Neutral Particle Analyzer (INPA), para observar o fluxo de íons de alta energia em um tokamak. Após anos de concepção, projeto e construção, o INPA tem agora a capacidade de observar este comportamento pela primeira vez.
Depois que íons de alta energia são injetados no tokamak por um feixe neutro, eles interagem com ondas eletromagnéticas de plasma e fluem com energia e posição no tokamak. As simulações reproduziram o comportamento observado, demonstrando a precisão do modelo de primeiros princípios na descrição da física subjacente. Melhorar a nossa compreensão destas interacções onda-partícula tem implicações importantes tanto para a concepção de centrais eléctricas de fusão nuclear como para a compreensão do comportamento dos plasmas observados no espaço exterior.
O INPA mede a energia de íons de alta energia injetados por um feixe neutro que são maiores que a energia do plasma de fundo desde o núcleo do plasma quente até a borda do plasma frio. Esses experimentos, combinados com simulações computacionais avançadas de alto desempenho que simulam o espectro eletromagnético e as interações com íons energéticos, fornecem a compreensão mais detalhada da interação entre ondas de plasma e íons energéticos em plasmas de fusão.
Essa maior compreensão também permite que os pesquisadores apliquem a engenharia espacial de fase, que é o projeto de novos esquemas de plasma de fusão baseados em interações ideais previstas entre ondas e íons. Esses tipos de interações ocorrem no espaço sideral. Por exemplo, ondas de ciclotron de íons eletromagnéticos (EMIC) fazem com que os elétrons fluam através do espaço e da energia.
Em alguns casos, os elétrons são acelerados, causando mau funcionamento dos satélites. Uma compreensão mais profunda do processo de interação de ressonância onda-partícula através da pesquisa de plasma de fusão ajudará a simular o plasma do espaço sideral, melhorando assim a confiabilidade de futuras missões de satélites.
Fonte compilada: ScitechDaily