Uma câmera de alta velocidade registrou, em cores, o deslocamento de partículas de lítio na região externa do plasma do tokamak ST40, da Tokamak Energy. O equipamento opera a 16 mil quadros por segundo e permite observar como o material se move em meio ao gás extremamente quente usado nos experimentos de fusão.
O registro ajuda os pesquisadores a estudar formas de controlar o calor produzido pela fusão e a proteger os divertores, componentes que recebem essa energia antes que ela alcance outras partes do tokamak. Em testes anteriores com lítio, foi possível acompanhar partículas a cerca de 100 metros por segundo.
O que as cores mostram
Para produzir fusão, o ST40 mantém o plasma confinado por campos magnéticos. A temperatura chega a milhões de graus, e parte da energia escapa em direção aos divertores. Em experimentos no equipamento, os pesquisadores já mediram fluxos de até 150 megawatts por metro quadrado.
O brilho rosa observado nas imagens vem do deutério, uma forma de hidrogênio usada no plasma. Já o lítio, inserido em pequenos grãos, apresenta mudanças de cor ao passar por diferentes regiões. A análise da luz emitida permite distinguir o lítio neutro de sua forma eletricamente carregada e identificar condições do plasma.
A câmera do ST40 trabalha a uma velocidade 16 vezes maior que a utilizada no tokamak russo T-11M em 2014. Nesse equipamento, uma câmera colorida funcionava a 1.000 quadros por segundo. Para acompanhar a evolução dos filamentos de lítio, os pesquisadores indicaram que seriam necessárias velocidades superiores a 10 mil quadros por segundo.
Os dados também podem ser comparados com modelos que calculam a distribuição do lítio perto dos componentes responsáveis por receber o calor.
Estratégia para reduzir a carga térmica
O experimento testa ainda uma abordagem chamada X-point radiator (XPR), que busca liberar parte da energia na região externa do plasma, em vez de direcionar todo o calor aos divertores. O resfriamento é concentrado perto do ponto X, uma área do campo magnético próxima desses componentes, enquanto o núcleo do plasma permanece quente.
Os primeiros testes no ST40 indicaram a formação de uma região que libera energia perto do ponto X e reduz a temperatura na borda do plasma. As medições também apontaram menor quantidade de calor chegando aos divertores.
Os pesquisadores ainda avaliam a origem de parte dessa energia. Nos testes, ela provavelmente veio principalmente do carbono desprendido das paredes do tokamak, e não do lítio introduzido de propósito. Experimentos com lítio e neônio estão em andamento para tentar diminuir mais a carga térmica.
A Tokamak Energy também prepara uma atualização do ST40. O plano inclui substituir o revestimento de carbono por molibdênio, instalar sistemas para aplicar lítio nas superfícies voltadas ao plasma e acrescentar instrumentos de observação. A combinação entre imagens rápidas e análise da luz deve ajudar a localizar a liberação de calor sem comprometer as condições necessárias para a fusão.
