Em 20 de outubro, a Autoridade de Energia Atômica do Reino Unido (UKAEA) anunciou que o MAST Upgrade, o maior tokamak esférico do Reino Unido, alcançou vários avanços mundiais durante seu quarto experimento científico.

1. Perturbações magnéticas ressonantes 3D foram usadas pela primeira vez em um tokamak esférico para suprimir ELMs

Em dispositivos de fusão nuclear, se a corrente, a pressão ou a densidade do plasma forem muito altas, o plasma pode se tornar instável, degradando o desempenho ou colocando em risco os componentes internos do tokamak. Manter a estabilidade do plasma é um desafio fundamental na fusão. Modos localizados na borda (ELMs), instabilidades que ocorrem nas bordas do plasma, podem representar um desafio significativo para os componentes internos de futuras usinas de fusão.

Para isso, os pesquisadores da UKAEA usaram bobinas de perturbação magnética ressonante para aplicar um pequeno campo magnético 3D na borda do plasma, alcançando a supressão completa dos ELMs. Esta é a primeira vez que tal supressão foi demonstrada em um tokamak esférico.

James Harrison, Líder Científico de Atualização do MAST na UKAEA, afirmou: "A supressão do ELM em um tokamak esférico é uma conquista histórica. Demonstra que técnicas avançadas de controle desenvolvidas para tokamaks convencionais podem ser aplicadas com sucesso a dispositivos compactos, estabelecendo a base científica para futuros projetos de usinas de energia como o STEP (Projeto Nacional de Protótipo de Usina de Energia de Tokamak Esférico do Reino Unido)."

Mais trabalho está planejado durante a próxima campanha experimental de Atualização do MAST para verificar e expandir esta descoberta pioneira no mundo. Esses resultados fornecerão informações diretas para o projeto do sistema de controle do ELM para o projeto de fusão STEP do Reino Unido. Eles também ajudarão a remover essa barreira à viabilidade comercial da fusão.

2. Controle Independente dos Diversores Superior e Inferior Alcançado pela Primeira Vez, Avançando nas Soluções de Exaustão de Plasma

Em outra inovação mundial, pesquisadores da UKAEA demonstraram que podem controlar independentemente a exaustão de plasma dos divertores superior e inferior na Atualização MAST, sem afetar o desempenho ou a densidade do plasma na câmara principal do tokamak.

O sistema de exaustão de um tokamak, conhecido como divertor, direciona principalmente as partículas e o calor ejetados do plasma para as superfícies internas do tokamak. Gerenciar a exaustão de plasma é outro desafio fundamental na fusão. A capacidade de controlar independentemente os divertores superior e inferior em um tokamak pode aumentar significativamente a robustez e a flexibilidade das futuras operações de usinas de energia.

Além disso, experimentos com injeção de nitrogênio na borda do plasma demonstraram uma distribuição mais uniforme de energia entre os componentes voltados para o plasma (PFCs). Essa técnica evita a concentração excessiva de calor e abre um novo caminho para o gerenciamento de emissões de energia em tokamaks esféricos compactos, equiparando-os às soluções avançadas de exaustão exploradas em dispositivos convencionais de relação de aspecto.

3. Potência de aquecimento por feixe neutro de 3,8 MW atinge formato de plasma ideal

O MAST Upgrade também estabeleceu um recorde de potência injetada em seu plasma, atingindo 3,8 MW por meio do aquecimento por feixe neutro (NBI). Este marco oferece suporte a cenários de plasma de alto desempenho e auxilia no desenvolvimento de condições relevantes para usinas de energia.

Na última rodada de experimentos, a equipe também alcançou o melhor formato de plasma já obtido pelo dispositivo, com uma taxa de alongamento de 2,5, o que significa que o plasma é 2,5 vezes mais alto do que largo.

A modelagem do plasma pode produzir um efeito estabilizador, resultando em plasmas de alto desempenho com pressões mais altas e confinamento aprimorado. Uma maior taxa de alongamento do plasma melhora o desempenho do plasma e, portanto, é um objetivo fundamental para futuras usinas de energia de fusão como a STEP.

A quarta campanha científica do MAST Upgrade está programada para começar em outubro de 2024, com planos para conduzir mais de 50 experimentos nos próximos 100 dias, gerando mais de 1.600 pulsos. Fulvio Militello, Diretor Executivo de Ciência do Plasma e Operações de Fusão da UKAEA, expressou entusiasmo com essas três descobertas, afirmando: "Estou muito satisfeito com as descobertas inovadoras feitas pela nossa equipe da UKAEA. Essas conquistas consolidam a liderança do Reino Unido na pesquisa de fusão nuclear e nos aproximam do nosso objetivo de tornar a fusão uma fonte de energia limpa, segura e abundante para o futuro."