Nossa crescente necessidade de fontes limpas de energia levou a pesquisa da fusão ao ponto em que sabemos, em grande parte, entender o modo como o plasma atua dentro de um reator de fusão. No entanto, ainda há muito a descobrir em termos de física dos plasmas.
Os cientistas estão atualmente desenvolvendo um novo tipo de reator chamado tokamak. Este dispositivo produz energia com a ajuda de plasma superaquecido. No entanto, este conceito provou o fato de que ainda existem vários fenômenos físicos que não compreendemos completamente.
Um deles é turbulência. Embora seja aceito que a turbulência do plasma em um reator de tokamak é essencial para determinar seu nível de contenção e desempenho, não sabemos como prevê-lo, ou quais são exatamente os fatores que podem afetá-lo.
Nossa falta de conhecimento é parcialmente devido à complexa mecânica de um reator de fusão. O conceito central é que a energia é produzida pela fusão de dois átomos de hidrogênio aquecidos a mais de 100 milhões de graus Celsius (para se tornar plasma), que formam um novo elemento, mas também liberam um nêutron livre. Reatores Tokamak também usam campos magnéticos extremamente fortes para conter o plasma, devido ao fato de que ele derreteria qualquer coisa que tocasse.
Agora, entre as altas temperaturas e a contenção magnética, os cientistas descobriram que as turbulências aparecem no plasma. Estes podem afetar a capacidade do reator de produzir energia sustentável.
Felizmente, nossa tecnologia novamente salva o dia. O enorme poder de processamento oferecido pelos supercomputadores nos permitiu prever com mais precisão o comportamento do plasma, através do uso de simulações.
Físicos da Universidade da Califórnia realizaram uma série de simulações no Centro Nacional de Computação Científica da Pesquisa Nacional de Energia do Laboratório Nacional de Lawrence Berkeley, para determinar se a energia transportada pelos elétrons no plasma pode ser prevista, e se ela é multiescala por natureza ou não. .
Os testes usaram aprox. 70 milhões de horas de tempo de computação e replicaram as condições medidas em uma corrida de plasma no tokamak DIII-D na General Atomics. Os resultados mostraram aos cientistas que o transporte de energia por elétrons tem, de fato, um caráter multiescala. Isso essencialmente significa que o comportamento dos elétrons também pode ser previsto em escalas muito maiores do que no experimento.
Essas simulações ajudaram os especialistas a entender melhor o que acontece em um reator de tokamak quando ele é acionado. Além disso, eles mostraram que o mesmo tipo de simulação pode ser usado por pesquisadores para entender melhor a física do plasma em reatores de fusão e projetar dispositivos futuros dessa natureza mais eficientes.
Reatores Tokamak ainda estão em sua infância, em termos de desenvolvimento, no entanto, muitos consideram que eles sejam a melhor alternativa para os reatores extremamente prejudiciais que estão atualmente em uso. Existe uma grande possibilidade de que os atuais projetos de pesquisa produzam um projeto prático de tokamak, o qual poderemos construir nos próximos 20 a 30 anos.
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