Joseph Norman
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Nota do editor: Esta história foi atualizada às 13h35. E.T.
"Ondas assobiadoras" misteriosas e fantasmagóricas, normalmente criadas por raios, podem proteger os reatores de fusão nuclear de elétrons descontrolados, sugere uma nova pesquisa.
Essas ondas whistler são encontradas naturalmente bem acima do solo na ionosfera - uma camada da atmosfera da Terra a cerca de 50 a 600 milhas (80 a 1000 quilômetros) acima da superfície do planeta. Essas ondas assobiadoras fantasmagóricas se formam quando os relâmpagos geram pulsos de ondas eletromagnéticas que viajam entre os hemisférios norte e sul. Essas ondas mudam de frequência à medida que cruzam o globo e, quando esses sinais de luz são convertidos em sinais de áudio, eles soam como assobios.
Agora, essas ondas de assobio foram descobertas no plasma quente dentro de um tokamak - a máquina em forma de donut onde ocorrem as reações de fusão nuclear - de acordo com um estudo recente publicado em 11 de abril na revista Physical Review Letters.
Como os assobiadores podem espalhar e impedir elétrons de alta velocidade, eles podem fornecer uma nova maneira de evitar que elétrons descontrolados danifiquem o interior de um tokamak.
Poder de fusão
Nas reações de fusão nuclear, que alimentam o Sol e as estrelas, os átomos se chocam, fundindo-se em átomos maiores enquanto liberam energia. Por décadas, os pesquisadores têm tentado aproveitar a energia de fusão na Terra, usando poderosos campos magnéticos dentro dos tokamaks para encurralar nuvens em forma de rosca de plasma quente - uma fase estranha da matéria que consiste em gás eletricamente carregado.
Dentro do tokamak, os campos elétricos podem impulsionar elétrons cada vez mais rápido. Mas, à medida que esses elétrons de alta velocidade voam pelo plasma, eles não conseguem diminuir a velocidade. Normalmente, os objetos que se movem através de um gás ou líquido sentem uma força de arrasto que aumenta com a velocidade. Quanto mais rápido você dirige seu carro, por exemplo, mais resistência ao vento você encontra. Mas, no plasma, a força de arrasto diminui com a velocidade, permitindo que os elétrons acelerem até perto da velocidade da luz, danificando o tokamak.
Os pesquisadores já têm algumas técnicas para mitigar fugas, disse Don Spong, físico do Oak Ridge National Laboratory, no Tennessee, e coautor do novo estudo. Eles podem usar algoritmos de inteligência artificial para monitorar e ajustar a densidade do plasma para evitar que os elétrons acelerem muito rápido. Se ainda houver fugitivos, eles podem injetar pelotas de néon congelado no plasma, o que aumenta a densidade do plasma e retarda os elétrons fugitivos.
Mas as ondas de assobio podem ser outra maneira de controlar os elétrons descontrolados. "O ideal é evitar interrupções e fugas", disse Spong. "Mas se ocorrerem, gostaríamos de ter várias ferramentas disponíveis para lidar com eles."
Parando fugitivos
No tokamak do DIII-D National Fusion Facility em San Diego, a equipe de pesquisa de Spong detectou, pela primeira vez, ondas de assobio sendo produzidas por elétrons em fuga.
O plasma, explicou ele, é como um pedaço de gelatina com muitos modos de vibração. Se alguns elétrons em fuga têm a velocidade certa, eles estimulam um desses modos e acionam ondas de assobio - semelhante a como dirigir um carro velho na velocidade certa pode fazer o painel vibrar.
"O que gostaríamos de fazer é fazer a engenharia reversa desse processo e colocar essas ondas do lado de fora [do plasma] para espalhar os fugitivos", disse Spong.
Ao compreender melhor como os fugitivos criam assobiadores, os pesquisadores esperam poder reverter o processo - usando uma antena externa para gerar assobiadores que podem espalhar os elétrons e evitar que fiquem muito rápido.
Os pesquisadores ainda precisam explorar mais a relação entre fugitivos e assobiadores, disse Spong, por exemplo, identificando quais frequências e comprimentos de onda funcionam melhor para inibir fugitivos e estudando o que acontece no plasma mais denso necessário para reatores de fusão.
Claro, suprimir elétrons descontrolados é apenas um obstáculo para a criação de energia limpa a partir da fusão nuclear. No momento, os reatores de fusão requerem mais energia para aquecer o plasma do que a produzida pela fusão. Para chegar ao ponto de equilíbrio, os pesquisadores ainda precisam descobrir como fazer o plasma ficar quente sem ter que adicionar calor.
Mas Spong está otimista quanto à energia de fusão. "Eu acredito que é possível."
Em 2025, o projeto ITER no sul da França deverá iniciar experimentos. e os cientistas esperam que seja a primeira máquina de fusão a produzir mais energia do que a usada para aquecer o plasma. Vários grupos têm como objetivo alcançar a energia de fusão positiva líquida até 2050. E uma nova colaboração entre o MIT e uma empresa chamada Commonwealth Fusion Systems anunciou que os parceiros esperam colocar a fusão nuclear na rede em 15 anos.
Nota do editor: Esta história foi atualizada para observar que os sinais de luz, em vez de frequências de luz, são convertidos em sinais de áudio.