Físicos russos do A. F. Ioffe Physicotechnical Institute em St. Petersburg descreveram processos iônicos de transferência de calor em um tokamak esférico. Os resultados do estudo, que aproxima os cientistas de uma solução para o problema da fusão termonuclear, estão publicados na revista Plasma Physics and Controlled Fusion.
Se os cientistas conseguirem realizar a ideia da fusão termonuclear controlada, a humanidade receberá uma fonte quase inesgotável de energia. As usinas de fusão são reconhecidas como seguras e ecologicamente corretas: em comparação com as usinas nucleares, elas não sofrem reações explosivas e, ao contrário da combustão de hidrocarbonetos, não há emissões de dióxido de carbono e óxidos de nitrogênio que contribuam para o aquecimento global e poluem o meio ambiente. Além disso, nêutrons obtidos da fusão termonuclear podem destruir resíduos radioativos em usinas nucleares.
Os experimentos de fusão termonuclear são realizados em todo o mundo em instalações especiais - tokamaks, dentro dos quais um gás de elementos leves - hidrogênio, deutério e trítio - é aquecido a uma temperatura de 100 milhões de graus, o que possibilita a formação de um plasma - um gás de partículas carregadas: íons e elétrons. Os íons de plasma aquecidos colidem uns com os outros da mesma forma que acontece no interior do Sol. Nesse caso, núcleos de hélio são formados e nêutrons são liberados, e a energia de nêutrons, que excede o custo de aquecimento do plasma, pode ser usada na indústria e na engenharia de energia.
A principal tarefa dos físicos é aprender como manter o plasma dentro de instalações termonucleares usando um forte campo magnético por um tempo relativamente longo. E para isso você precisa não apenas saber quais processos estão ocorrendo neste plasma, mas também ter sua descrição matemática para poder controlá-los. Além disso, o conhecimento dos processos iônicos no plasma é necessário para o projeto de grandes instalações, como o reator termonuclear experimental internacional ITER.
O AF Ioffe Physicotechnical Institute possui uma instalação termonuclear experimental única - o tokamak esférico Globus-M, projetado para estudar o comportamento do plasma em condições de laboratório, e não em modo de reator.
A equipe do Instituto investigou e descreveu o processo de troca iônica de calor no plasma do tokamak Globus-M. Este trabalho foi financiado por uma bolsa do Programa Presidencial de Projetos de Pesquisa da Russian Science Foundation (RSF).
“Confirmamos que as peculiaridades dos processos físicos no plasma do tokamak esférico Globus-M previnem a ocorrência de perdas adicionais de calor pelo canal iônico devido à turbulência do plasma. Isso significa que uma instalação desse tipo é uma boa base para a criação de uma fonte compacta de nêutrons termonucleares”, citou o chefe da pesquisa, o candidato das ciências físicas e matemáticas Gleb Kurskiev, em um comunicado à imprensa da Russian Science Foundation.
Quanto melhor for o aquecimento do plasma, mais eficiente será a fusão, e isso requer um forte campo magnético e uma corrente elétrica fluindo pelo plasma. Ao contrário, a turbulência dos íons do plasma interfere no aquecimento efetivo: em vez de colisões úteis, os íons são desviados e deixam o plasma, o que viola seu isolamento térmico. Em seu trabalho, os cientistas avaliaram o grau de transferência de calor no tokamak esférico Globus-M.
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“O modelo comprovado experimentalmente para calcular os parâmetros de aquecimento do plasma nos permitirá projetar uma fonte compacta de nêutrons de alta energia que pode ser usada para a fissão de núcleos pesados. A energia também pode ser obtida no processo. Nossa pesquisa irá acelerar significativamente o desenvolvimento e implementação de sistemas nucleares mais eficientes usando processos de fusão e fissão”, explica Gleb Kurskiyev.
A pesquisa dos cientistas complementa o conhecimento fundamental adquirido em experimentos em instalações europeias e americanas semelhantes. Ao combinar os resultados dos experimentos, no futuro será possível projetar um dispositivo mais avançado para reações de fusão nuclear, dizem os cientistas.
