Lasers magnetizam rapidamente plasmas de fusão

Pesquisadores identificaram um mecanismo pelo qual plasmas — estado superquente da matéria usado em sistemas de energia de fusão — geram espontaneamente seus próprios campos magnéticos.

O avanço foi alcançado por meio de novas simulações computacionais. Os resultados melhoram a compreensão dos plasmas naturais no universo e impulsionam o desenvolvimento de sistemas de fusão inercial de drive direto.

Nesse tipo de sistema, lasers poderosos comprimem uma pequena cápsula de combustível até que ocorra a fusão. Campos magnéticos inesperados podem alterar o fluxo de calor pelo plasma de formas que as ferramentas de simulação existentes não detectam.

Simulações precisas são cruciais para projetar sistemas que entreguem energia líquida a longo prazo. Em laboratório, descobriu-se que lasers de alta potência podem vaporizar um alvo sólido instantaneamente, transformando-o em plasma em rápida expansão.

Experimentos detectaram repetidamente estruturas magnéticas muito intensas emergindo desse plasma, mas a origem precisa dos campos foi debatida por muito tempo. Novas simulações revelaram como esses campos se formam, conforme reportou o Phys.org.

A equipe rastreou o comportamento do plasma quando um laser de alta potência atingiu um alvo de alumínio. Ao ultrapassar determinado limiar de intensidade, o plasma se auto-magnetizou em um bilionésimo de segundo, gerando campos de até 40 tesla — cerca de 1 milhão de vezes mais fortes que o campo magnético da Terra.

O fenômeno é impulsionado por dois processos concorrentes. À medida que o plasma aquecido se expande, ele esfria mais rapidamente na direção da expansão do que nas direções perpendiculares, criando um desequilíbrio de temperatura que alimenta a chamada instabilidade de Weibel, responsável por gerar os campos magnéticos.

Colisões entre partículas, porém, empurram o plasma de volta ao equilíbrio. Em intensidades de laser mais altas, o desequilíbrio é grande o suficiente para desencadear os campos.

O físico Kirill Lezhnin, pesquisador do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL), destacou que a singularidade do trabalho está em demonstrar que, mesmo com um laser muito uniforme, o plasma ainda pode gerar campos magnéticos apenas pela virtude da expansão. Uma vez gerados, esses campos prendem elétrons em órbitas giratórias e suprimem o fluxo de calor para fora da região de impacto do laser.

Para tornar a descoberta imediatamente útil, a equipe derivou um critério de limiar simples para prever a magnetização do plasma a partir dos parâmetros do laser e do alvo. Lezhnin observou que o limiar ficou um pouco abaixo do esperado, situando-se próximo à intensidade típica de experimentos comuns de fusão inercial — o que torna esses efeitos magnéticos altamente relevantes para a pesquisa na área.

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