Simulador do Produto Triplo
Um número decide se a fusão vira usina. Aqui, você persegue esse número com uma máquina desenhada por você — e calculada pela mesma física que projeta os reatores reais.
As decisões de energia do século dependem de um limiar físico
Setenta e cinco por cento das emissões globais de CO₂ vêm do setor de energia, e nenhuma fonte disponível hoje combina densidade energética, combustível abundante e ausência de resíduo de longa duração como a fusão. Mas a fusão só vira usina se cruzar um limiar preciso: o produto de três fatores — densidade do combustível, temperatura do plasma e tempo de confinamento de energia — precisa superar um valor mínimo. Esse limiar tem nome, tem número e tem sessenta anos de história: é o critério de Lawson, estendido ao produto triplo. Para deutério-trítio, o mínimo para ignição é 2,9×10²¹ m⁻³·keV·s, numa temperatura ótima de 14 keV. Nenhuma máquina da história chegou lá em regime sustentado. É exatamente isso que torna o problema interessante.
Você não controla o plasma; você controla a máquina — e essa diferença é a física inteira
Num reator real, ninguém gira um botão de “temperatura” ou de “tempo de confinamento”. O operador escolhe a máquina: raio, campo magnético, corrente, combustível injetado, potência de aquecimento. A temperatura emerge do balanço de energia; o tempo de confinamento emerge de uma lei empírica destilada de milhares de disparos de tokamaks reais — a IPB98(y,2). Este simulador funciona do mesmo jeito. Você desenha a máquina; a física resolve o resto, incluindo as paredes que a natureza impõe: o limite de densidade de Greenwald, acima do qual o plasma disrompe, e o piso de 4,3 keV, abaixo do qual a radiação vence qualquer esforço. Empurre os controles e observe uma verdade que nenhum texto ensina tão bem quanto dez segundos de tentativa: os três fatores se multiplicam, mas não se trocam livremente.
O que este simulador não é — dito antes do que ele é
Este não é um brinquedo com números inventados, e também não é um gêmeo digital do ITER — nenhum modelo de navegador é, e desconfie de qualquer um que prometa isso. É um balanço de potência 0-D com a lei de confinamento IPB98(y,2), a reatividade de Bosch–Hale e o limite de Greenwald: a mesma metodologia publicada que a comunidade usa como ponto de partida para prever o desempenho de reatores, validada aqui contra o ponto de projeto do ITER (Q=10: 500 MW de fusão com 50 MW de aquecimento) dentro de tolerância declarada. Cada constante no código carrega o link da fonte de onde foi transcrita. As referências completas estão no fim da página — e valem a visita.
O que essa energia significaria
Se este calor fosse convertido em eletricidade em uma usina térmica (eficiência declarada de 33%): P_elec = 34,4 MW i
Ajuste a potência de aquecimento e veja a cidade acender.
Como este simulador calcula
É um balanço de potência 0-D com a lei empírica de confinamento IPB98(y,2) — a mesma metodologia publicada que a área usa para prever desempenho de reator.
τ_E é calculado (não escolhido), a densidade tem o teto de Greenwald, e abaixo de ≈4,3 keV a bremsstrahlung vence — ignição é fisicamente impossível.
O motor inclui perfis de temperatura (ν_T=1,85) e a composição nominal do plasma ITER-FEAT (He, Be, Ar) — parâmetros e fontes nos comentários do código.
Este simulador usa a metodologia 0-D publicada da área e reproduz o ponto de projeto do ITER dentro da tolerância declarada de ±30%. Ele não substitui os códigos integrados dos laboratórios — nenhum modelo substitui.
Parâmetros do modelo
Constantes efetivamente usadas pelo solver a cada passo. Cada linha traz um link para a fonte primária de onde o valor foi transcrito.
| Símbolo | Valor | Significado | Fonte |
|---|---|---|---|
| ν_T | 1.85 | Expoente do perfil de temperatura T(x)=T₀·(1−x²)^ν_T. Perfil parabólico-potência nominal do ITER-FEAT. | ITER-FEAT (physics/0410118) |
| ν_n | 0.00 | Expoente do perfil de densidade (ν_n=0 ⇒ densidade homogênea, n₀=n̄). | ITER-FEAT (physics/0410118) |
| λ_B | 0.5195 | Fator de perfil para a bremsstrahlung — integral de n²√T sobre o volume, normalizada pelos valores centrais (W&H Eq. 39). | Wurzel & Hsu (2022), Sec. IV |
| λ_κ | 0.3509 | Fator de perfil para a energia térmica armazenada — integral de nT sobre o volume, normalizada (W&H Eq. 40). | Wurzel & Hsu (2022), Sec. IV |
| λ_F(T₀) | 0.2230 @ T₀=20.6 keV | Fator de perfil para a potência de fusão — integral de ⟨σv⟩(T(x)) sobre o volume, normalizada por ⟨σv⟩(T₀). Depende de T₀; calculado a cada iteração (W&H Eq. 38). | Wurzel & Hsu (2022), Sec. IV |
| f_DT | 0.8096 | Fração de combustível (D+T) na densidade eletrônica, imposta pela quasi-neutralidade com as frações nominais de He, Be e Ar do ITER-FEAT. | ITER-FEAT (physics/0410118) |
| Z_eff | 1.656 | Carga efetiva do plasma, ⟨Z²⟩. Aparece na bremsstrahlung como fator multiplicativo — impurezas empurram para cima. | ITER-FEAT (physics/0410118) |
- Wurzel, S. E. & Hsu, S. C. — Progress toward fusion energy breakeven and gain as measured against the Lawson criterion. Phys. Plasmas 29, 062103 (2022). https://arxiv.org/abs/2105.10954
- Slendebroek, T. et al. — Elevating zero dimensional global scaling predictions to self-consistent theory-based simulations. https://arxiv.org/abs/2305.07285
- PROCESS systems code — plasma confinement scalings. https://ukaea.github.io/PROCESS/physics-models/plasma_confinement/
- PROCESS — Bosch–Hale methods and constants. https://ukaea.github.io/PROCESS/physics-models/fusion_reactions/plasma_bosch_hale/
- PROCESS — Density limits. https://ukaea.github.io/PROCESS/source/reference/process/models/physics/density_limit/
- Bosch, H.-S. & Hale, G. M. — Nucl. Fusion 32, 611 (1992); ITER Physics Basis — Nucl. Fusion 39 (1999), ch. 2; Greenwald, M. — PPCF 44, R27 (2002).
- ITER Organization — Q=10 goal and JET 1997 record. https://www.iter.org/fusion-energy/iter-goals