Uma câmera de alta velocidade registrou em cores o comportamento do plasma dentro do tokamak ST40, da Tokamak Energy, operando a uma taxa de 16 mil quadros por segundo. Estas imagens demonstram como as partículas de lítio atravessam a região externa do plasma, ajudando os pesquisadores a estudar métodos de controle da enorme quantidade de calor gerada pelo processo de fusão.
O experimento visa resolver um dos problemas chave dos futuros reatores: garantir que os componentes que recebem calor possam suportar cargas extremas por longos períodos. Além disso, as imagens obtidas permitem rastrear o movimento do lítio em uma velocidade superior aos registros anteriores.
Para realizar a fusão, o ST40 deve conter o plasma — um gás extremamente quente — usando campos magnéticos. A temperatura atinge milhões de graus, e parte da energia se dissipa. Essa carga é direcionada para os chamados divertores — elementos especiais instalados para receber o calor antes que ele atinja outras partes do equipamento.
Durante os testes no ST40, os pesquisadores já mediram fluxos de até 150 megawatts por metro quadrado. A complexidade aumenta ao considerar uma futura usina de energia, onde esses componentes devem suportar condições semelhantes por períodos muito mais longos.
É aqui que as imagens coloridas ajudam. O tom rosa provém do deutério, uma variedade de hidrogênio usada no plasma. O lítio, introduzido em forma de grânulos finos, muda de cor ao passar por diferentes áreas.
A velocidade da câmera é crítica para este tipo de observação. No tokamak T-11M, a câmera colorida funcionou a uma taxa de 1000 quadros por segundo. Os pesquisadores observaram que velocidades superiores a 10 mil quadros por segundo são necessárias para rastrear a evolução dos filamentos de lítio.
O experimento também testa o conceito de redução do volume de energia que chega aos divertores. Em vez de permitir que todo o calor seja direcionado a esses detalhes, os cientistas tentam liberar parte dele na região externa do plasma. Esta estratégia é conhecida como radiador X-point (XPR). Na verdade, os especialistas procuram concentrar esse resfriamento perto da área do campo magnético chamada ponto X, que está localizada perto dos divertores. Ao mesmo tempo, o núcleo do plasma, onde as condições para a fusão devem ser mantidas, permanece quente.
Os primeiros testes no ST40 mostraram a possibilidade de criar uma área que libera energia perto do ponto X, o que levou a uma diminuição da temperatura na periferia do plasma. As medições também registraram uma redução na quantidade de calor que atinge os divertores.
No entanto, resta uma questão em aberto. De acordo com os pesquisadores, uma parte significativa da energia liberada durante estes testes provavelmente ocorreu devido ao carbono que se desprendeu das paredes do tokamak, e não do lítio intencionalmente introduzido. Atualmente, estão sendo realizados experimentos com lítio e néon para reduzir ainda mais a carga térmica.
Informações Adicionais
A Tokamak Energy planeja modernizar o ST40. A empresa pretende substituir o revestimento de carbono por molibdênio, instalar sistemas para depositar lítio nas superfícies voltadas para o plasma e adicionar novos instrumentos para melhor observação dessa zona.
Graças a essas imagens rápidas e à análise detalhada da luz emitida pelos elementos no plasma, os pesquisadores obtêm uma maneira de rastrear exatamente onde o calor está sendo liberado. O objetivo é descobrir como controlar esse processo sem perturbar as condições necessárias para a ocorrência da fusão.
