Imagens revelam movimento do lítio dentro de plasma de fusão

Uma câmera de alta velocidade registrou em cores o comportamento do plasma dentro do tokamak ST40, da Tokamak Energy, a 16 mil quadros por segundo. As imagens mostram partículas de lítio atravessando a região externa do plasma e ajudam os pesquisadores a estudar como controlar o enorme calor produzido pela fusão .

O experimento investiga um dos principais desafios dos futuros reatores: fazer com que os componentes responsáveis por receber esse calor suportem cargas extremas durante longos períodos. As imagens também permitem acompanhar o movimento do lítio em uma velocidade superior à de registros anteriores.

Para produzir fusão, o ST40 precisa manter o plasma, um gás extremamente quente, confinado por campos magnéticos . A temperatura chega a milhões de graus e parte da energia acaba escapando. Essa carga é direcionada aos chamados divertores, peças instaladas para receber o calor antes que ele atinja outras partes do equipamento.

Em experimentos no ST40, os pesquisadores já mediram fluxos de até 150 megawatts por metro quadrado. O desafio aumenta quando se pensa em uma futura usina, na qual esses componentes precisariam suportar condições semelhantes por períodos muito maiores.

É aí que as imagens coloridas ajudam. O brilho rosa vem do deutério, uma forma de hidrogênio usada no plasma. O lítio, introduzido em pequenos grãos, muda de cor conforme atravessa regiões diferentes.

A velocidade da câmera é fundamental para esse tipo de observação. No T-11M, uma câmera colorida trabalhava a 1.000 quadros por segundo. Os pesquisadores apontaram que seriam necessárias velocidades superiores a 10 mil quadros por segundo para acompanhar a evolução dos filamentos de lítio.

O experimento também testa uma ideia para diminuir a quantidade de energia que chega aos divertores. Em vez de deixar todo o calor seguir até essas peças, os pesquisadores tentam fazer parte dele ser liberado na região externa do plasma.

A estratégia é conhecida como X-point radiator (XPR). Na prática, os cientistas procuram concentrar esse resfriamento perto de uma região do campo magnético chamada ponto X, localizada próxima aos divertores. O núcleo do plasma, onde precisam ser mantidas as condições para a fusão, continua quente.

Os primeiros testes no ST40 indicam que foi possível criar uma região que libera energia perto do ponto X e reduz a temperatura na borda do plasma. As medições também registraram menos calor chegando aos divertores.

Ainda há uma questão em aberto. Segundo os pesquisadores, boa parte da energia liberada nesses testes provavelmente veio do carbono desprendido das paredes do tokamak, e não do lítio colocado de propósito. Experimentos com lítio e neônio estão em andamento para tentar reduzir ainda mais a carga térmica.

O ST40 também passa por uma atualização. A Tokamak Energy pretende trocar o revestimento de carbono por molibdênio, instalar sistemas capazes de aplicar lítio nas superfícies voltadas ao plasma e adicionar novos instrumentos para observar melhor essa região.

Com imagens tão rápidas e análise detalhada da luz emitida pelos elementos presentes no plasma, os pesquisadores ganham uma maneira de acompanhar onde o calor está sendo liberado. O objetivo é descobrir como controlar esse processo sem prejudicar as condições necessárias para a fusão.

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