Conversores MHD de ionização plasma
MAGNETOHIDRODINÂMICA. - Conversores magneto-hidrodinâmicos de um novo tipo: dispositivos por indução. Nota (*) de Jean-Pierre Petit e Maurice Viton, apresentada pelo Sr. André Lichnérowicz. CRAS 1976.
...É apresentado um novo tipo de acelerador MHD disco, por indução e com controle de ionização. Equipado com um gerador autônomo de eletricidade, este dispositivo poderia dar origem a um aero-dinâmico MHD. São indicadas soluções para confinar o plasma à parede.
...Um novo acelerador MHD por indução, em forma de disco, com controle de ionização, é apresentado. Associado a um gerador elétrico leve e potente, poderia se tornar um aero-dinâmico MHD. São indicadas soluções para confinar o plasma à parede.
Introdução. Em uma nota anterior (1), foram descritos conversores MHD de uma geometria bastante particular, utilizando um forte efeito Hall. Alguns desses dispositivos estão atualmente em experimentação.
...Nesta nota, trata-se agora de um acelerador MHD com campo magnético alternado. Considere-se um disco feito de um material isolante, munido em sua periferia de um solenoide percorrido por uma corrente alternada (*fig.*1). A variação do campo magnético tende a criar correntes induzidas circulares no fluido vizinho ao disco. Supõe-se o efeito Hall desprezível. Essas correntes induzidas se combinam com o valor instantâneo do campo B para produzir forças radiais, alternadamente centrífugas e centrípetas. O sistema sendo simétrico, essas forças têm apenas um efeito de agitação radial, sendo nula a integral da quantidade de movimento em um ciclo. A intensidade da corrente induzida depende do valor de pico do campo B e de seu período T. Abaixo de um certo limiar da razão B/T, essas correntes induzidas permanecem fracas.
Aceleradores com controle de ionização. - Não é mais o caso se munirmos as paredes do disco com qualquer sistema capaz de criar ionização (fig.2). Graças a este dispositivo, podemos agora controlar a intensidade das correntes induzidas em qualquer ponto vizinho à parede do acelerador. Modulamos agora as alimentações dos ionizadores conforme a figura 3. Colocamo-nos em condições em que o tempo de relaxação da ionização é pequeno em comparação com o período T do campo B.
...É fácil perceber que, quando aparecem, as forças de Lorentz, radiais, são centrífugas na região superior do disco e centrípetas na região inferior. O ar ionizado será solicitado de forma pulsada, ocorrendo um arraste fluido segundo o esquema da figura 4.
Aero-dinâmico MHD. - Se este acelerador possuir uma fonte autônoma de energia elétrica, obteremos um aero-dinâmico MHD por indução e com controle de ionização. Em uma nota anterior (1) foi mencionado um motor MHD. Um motor de dois tempos em que, no final da fase de compressão MHD, ocorriam dentro de uma mistura gasosa reações de fusão. O plasma então entrava em expansão, e o aparelho se comportava nessa segunda fase como um gerador elétrico do tipo Hall.
Citemos, para memória, um artigo recente de Ralph Moir (2). Este propõe também um motor MHD alternativo, de fórmula diferente e aparentemente mais simples. O elemento essencial é uma câmara toroidal que nada mais é que um tokamak. Moir estima que as condições de Lawson podem ser alcançadas em uma compressão MHD, que para este tipo de dispositivo é do tipo theta pinch. A expansão do plasma de fusão comprime então as linhas de força do campo magnético, ocorrendo produção direta de corrente elétrica por indução. O interesse desta dupla fórmula: aero-dinâmico e motor funcionando por indução, reside em dispensar a passagem de grandes correntes através de eletrodos.
Confinamento do plasma à parede. - O solenoide indutor do acelerador disco fornece um campo magnético que é máximo na parede. A pressão magnética tenderá então a fazer migrar a descarga longe da parede. Se quisermos controlar a localização da interação MHD, devemos recorrer a uma geometria que forneça um máximo de campo, não na parede, mas próximo a ela. Isso pode ser obtido por uma geometria com múltiplos solenoides, como indicado na figura 5. Os cálculos mostram que a intensidade do campo magnético é então máxima em uma superfície aproximadamente cônica. Recomenda-se escolher para parede do aero-dinâmico uma trajetória ortogonal às linhas de campo, de modo que a força de Lorentz seja tangente a ela. A ideia do aero-dinâmico MHD é de Jean-Pierre Petit, a da geometria confinante com múltiplos solenoides é de Maurice Viton.
(*) Sessão de 8 de dezembro de 1976
(1) J.P. Petit, Comptes rendus, 281, série B, 1975, p.157
(2) R. Moir, Direct Conversion of Energy from Fusion, relatório UCRL 76096 do Lawrence Livermore Laboratory, Califórnia, EUA.