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Os humanos podem nunca conseguir domar o Sol, mas o plasma de hidrogênio – que compõe a maior parte do interior do Sol – pode ser confinado em um campo magnético como parte da geração de energia de fusão: com uma ressalva.
Os plasmas de temperatura extremamente alta, tipicamente de até 100 milhões de graus Celsius, confinados no tokamaks — reatores de fusão em forma de rosquinha — causam danos às paredes de contenção desses megadispositivos. Os pesquisadores injetam hidrogênio e gases inertes perto da parede do dispositivo para resfriar o plasma por radiação e recombinação, que é o inverso da ionização. A mitigação da carga de calor é crítica para prolongar a vida útil do futuro dispositivo de fusão.
Compreender e prever o processo das temperaturas vibracionais e rotacionais das moléculas de hidrogênio perto das paredes pode melhorar a recombinação, mas estratégias eficazes permanecem indefinidas.
Uma equipe internacional de pesquisadores liderada pela Universidade de Kyoto encontrou recentemente uma maneira de explicar as temperaturas rotacionais medidas em três diferentes dispositivos experimentais de fusão no Japão e nos Estados Unidos. Seu modelo avalia as interações de superfície e colisões elétron-próton de moléculas de hidrogênio.
“Em nosso modelo, visamos a avaliação das temperaturas rotacionais nos níveis de baixa energia, permitindo-nos explicar as medições de vários dispositivos experimentais”, acrescenta o autor correspondente Nao Yoneda, da Escola de Engenharia de KyotoU.
Ao permitir a previsão e o controle da temperatura rotacional próxima à superfície da parede, a equipe conseguiu dissipar o fluxo de calor do plasma e otimizar as condições operacionais dos dispositivos.
“Ainda precisamos entender os mecanismos das excitações rotacionais e vibracionais do hidrogênio”, reflete Yoneda, “mas ficamos satisfeitos porque a versatilidade de nosso modelo também nos permitiu reproduzir as temperaturas rotacionais medidas relatadas na literatura”.
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