Pela primeira vez num tokamak esférico, pequenas bobinas magnéticas foram usadas para estabilizar instabilidades em plasmas de fusão Pesquisadores demonstraram controle independente de desvios superiores e inferiores, abrindo novas capacidades para futuras usinas de fusão A quarta campanha também alcançou a melhor forma de plasma já registrada na máquina, um fator importante na melhoria do desempenho do plasma.
Em um grande avanço para a pesquisa de energia de fusão, cientistas da UKAEA (UKAEA) usaram bobinas magnéticas para aplicar um 3 D campo magnético e estabilizar instabilidades em um plasma de tokamak esférico pela primeira vez. Este sucesso marca um passo em frente significativo no desenvolvimento de energia de fusão sustentável dentro dos tokamaks esféricos. Para alcançar a fusão usando a atualização do Tokamak esférico Mega Amp (MAST), o combustível de fusão precisa ser confinado a alta temperatura dentro do tokamak para criar um plasma.
Se a corrente, pressão ou densidade do plasma for muito alta, o plasma pode se tornar instável, reduzindo o desempenho ou arriscando danos aos componentes do tokamak. Mantendo a estabilidade do plasma é um dos principais desafios da fusão. Os modos localizados de borda (ELMs) são instabilidades que ocorrem na borda de um plasma e podem representar um sério desafio para os componentes internos de uma futura usina de energia de fusão. Usando bobinas de perturbação magnética ressonante (RMP) – que aplicam uma pequena 3 D campo magnético na borda do plasma – pesquisadores da UKAEA demonstraram supressão completa dos ELMs dentro da máquina de atualização MAST. Esta é a primeira vez que essa supressão é evidenciada em um tokamak esférico.
Uma visão dentro da atualização MAST mostrando os componentes de plasma, bobinas de campo magnético e bobinas usadas para controlar ELMs - Crédito de Imagem: United Kingdom Atomic Energy Authority James Harrison, chefe da Ciência de Atualizar MAST na UKAEA, disse. Suprimir ELMs em um tokamak esférico é um sucesso histórico. É uma demonstração importante que técnicas avançadas de controle desenvolvidas para tokamaks convencionais podem ser adaptadas com sucesso a configurações compactas para desenvolver a base científica para futuras usinas como STEP, o Tokamak Esférico para Produção de Energia.
MAST Upgrade, o maior tokamak esférico que opera no mundo, é projetado na forma de uma maçã coreada, em contraste com outros tokamaks em forma de anel. Estes achados foram parte da quarta campanha científica de atualização do MAST, focada nas propriedades do plasma e no controle do escape do plasma. Mais trabalho está planejado na próxima campanha experimental de atualização MAST para verificar e expandir este primeiro achado mundial. Com o tempo, estes resultados irão informar diretamente o projeto de sistemas de controle ELM para o programa STEP Fusion do Reino Unido. Além disso, eles também ajudarão a eliminar os ELMs como barreira à viabilidade da fusão comercial.
Avançando soluções de escape de plasma. Em outro mundo primeiro, os pesquisadores da UKAEA demonstraram que podem controlar independentemente o escape de plasma nos desvios superior e inferior na atualização MAST sem afetar o desempenho ou a densidade do plasma na câmara principal do tokamak. Um sistema de escape tokamak – conhecido como um desvio – toma as partículas e o calor ejetados do plasma e o dirige para superfícies dentro do tokamak. Gerir o exaustão de plasma é outro desafio chave de fusão, e a capacidade de controlar de forma independente os desvios superior e inferior em um tokamak poderia aumentar significativamente a robustez e flexibilidade das futuras operações de usinas de energia.
Além disso, experimentos envolvendo injeção de nitrogênio na borda do plasma mostraram que a energia pode ser distribuída de forma mais uniforme entre os componentes que se revestem de plasma. Esta técnica evita a concentração de calor excessiva e abre um novo caminho para gerenciar o exaustão de energia em tokamaks esféricos compactos, trazendo- os em linha com soluções avançadas de exaustão sendo exploradas em máquinas de relação de aspectos convencionais. Gravar desempenho e moldagem de plasma. A atualização MAST também estabelece um registro para a energia injetada no seu plasma, atingindo 3.8 megawatts usando aquecimento neutro de vigas. Este marco suporta cenários de plasma de maior desempenho e contribui para o desenvolvimento de condições relevantes para a usina de energia.
Na última ronda de experimentos, a equipe também conseguiu a melhor forma de plasma já gravada na máquina, com uma alongada de 2.5 – significando que a altura do plasma é 2.5 vezes a sua largura. A conformação de um plasma pode ter um efeito estabilizador, permitindo plasmas de maior desempenho que têm maior pressão e melhor confinamento. A maior alongação de plasma, ou altura dividida por largura, melhora o desempenho do plasma e será um alvo chave para futuras usinas de fusão como o STEP.
Fulvio Militello, Diretor Executivo de Ciência Plasmática e Operações de Fusão, UKAEA, disse: Estou encantado com os resultados inovadores da nossa equipe na UKAEA. Estes resultados reforçam a liderança do Reino Unido na pesquisa sobre fusão e nos aproximam de realizar a fusão como fonte de energia limpa, segura e abundante para o futuro.