Nome do Projeto
Modelagem e Simulação Multiescala em Plasmas
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
04/01/2022 - 04/01/2026
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Exatas e da Terra
Resumo
Propomos uma investigação focada na compreensão do papel dos processos cinéticos na regulação e determinação da forma da distribuição de velocidades de partículas no vento solar. Há evidência experimental in situ, e.g., espectrômetro de elétrons dos satélites Helios, ACE, Wind e Cluster, e observações remotas, de que o vento solar é um meio tênue, não uniforme, multicomponente que exibe efeitos cinéticos tais como colisões Coulombianas na baixa corona solar e turbulência/atividade de ondas eletromagnéticas em maiores distâncias a partir do Sol. Consequentemente, uma abordagem cinética é geralmente requerida para uma descrição completa dos fenômenos do vento solar, já que os efeitos cinéticos dos macro e microprocessos produzem desvios significativos do equilíbrio termodinâmico local, como sinalizado pela ocorrência de partículas supertérmicas. Neste sentido, questões fundamentais sobre a natureza dos processos cinéticos que regulam e moldam essas distribuições permanecem controversas e sem resposta. O problema central é compreender as propriedades de transporte do vento solar fracamente colisional (e sua conexão com a corona solar), o que requer a consideração de múltiplas escalas, inomogeneidade espacial e variabilidade temporal. Devido à baixa colisionalidade, há uma influência duradoura (“memória”) das condições da corona nas características interplanetárias do vento solar. Assim, medidas in situ permitem inferências e provêm um tipo de diagnóstico remoto do plasma coronal. Ao mesmo tempo, devido aos onipresentes efeitos da atividade de ondas eletromagnéticas e turbulência na heliosfera interior, o plasma do vento solar está sujeito a processos lineares e não lineares que convertem a energia das ondas em energia cinética das partículas que regula e molda a distribuição de partículas no vento solar.
Adicionalmente, propomos investigar o papel dos processos magnetohidrodinâmicos no equilíbrio e na dinâmica de plasmas artificiais confinados, em particular os destinados à fusão nuclear controlada. É necessário determinar como um campo magnético pode produzir forças, de maneira a manter o plasma em equilíbrio estável, permitindo que reações de fusão aconteçam em um modo de operação contínuo. O funcionamento de dispositivos de fusão apresenta como desafios um amplo conjunto de instabilidades, a necessidade de um balanço energético favorável, uma inicialização do plasma eficiente, a necessidade de processos de aquecimento não ohmico adicionais, entre outros. A dificuldade histórica em alcançar um dispositivo gerador de energia por fusão indica que várias dessas questões fundamentais envolvidas no confinamento de plasmas permanecem em aberto.
Objetivo Geral
O presente projeto tem como objetivo fundamental determinar o comportamento de sistemas de plasmas, naturais ou artificiais, em diferentes escalas temporais e espaciais. Pretende-se desenvolver o trabalho através principalmente do referencial teórico encontrado na teoria cinética de plasmas e na teoria da magnetohidrodinâmica, e através da utilização de simulações computacionais. Os resultados serão direcionados para ampliar o entendimento acerca da formação, aceleração e propagação do vento solar e sua interação com a magnetosfera terrestre, bem como da inicialização, dinâmica e equilíbrio de plasmas confinados.