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Jun 13, 2023

Um reator de fusão compacto com apenas um metro de diâmetro atingiu um grande marco: ScienceAlert

Íons dentro de um reator de fusão compacto com apenas um metro (menos de 3 pés) de diâmetro

Os íons dentro de um reator de fusão compacto com apenas um metro (menos de 3 pés) de diâmetro foram aquecidos até a figura mágica de 100 milhões de graus Celsius (cerca de 180 milhões de graus Fahrenheit) pela primeira vez em um passo monumental para tornar a energia de fusão nuclear uma prática realidade.

Pesquisadores da Tokamak Energy Ltd, no Reino Unido, do Laboratório Nacional de Princeton e Oak Ridge, nos Estados Unidos, e do Institute for Energy and Climate Research, na Alemanha, alcançaram o recorde em um dispositivo em um tokamak esférico (ST), que, ao contrário do mais circular ' caminhos em forma de rosquinha' o combustível aquecido segue em reatores maiores, confina o plasma em um redemoinho 'em forma de maçã com caroço' destinado a melhorar a estabilidade e a praticidade da geração de energia.

A fusão nuclear replica processos fundamentais no núcleo do nosso próprio Sol e estrelas como ele, espremendo a energia da fusão de elementos menores em elementos maiores. Se conseguirmos acertar – e é um grande se – isso pode significar uma fonte de energia virtualmente inesgotável, embora ainda possa trazer alguns riscos.

Onde as estrelas têm grande quantidade de gravidade à sua disposição para fundir elementos e liberar energia, somos forçados a confiar no calor. Muito calor, na verdade, equivalente a várias vezes mais quente que o núcleo do Sol.

Cozinhar os ingredientes atômicos, ou íons, a pelo menos 100 milhões de graus Celsius (essencialmente qualquer coisa acima de 100 milhões de graus Kelvin, ou 8,6 kiloelétronvolts em termos de energia) é crucial para alcançar as pressões corretas.

“Temperaturas de íons superiores a 5 keV [kiloelétronvolts] não foram alcançadas anteriormente em nenhum ST e foram obtidas apenas em dispositivos muito maiores com poder de aquecimento de plasma substancialmente maior”, escrevem os pesquisadores em seu artigo publicado.

Neste caso, foi utilizado um tokamak esférico denominado ST40. Deixando de lado o maquinário necessário para operar com segurança, o próprio reator tem apenas 0,8 metro de diâmetro, uma mera fração dos tokamaks maiores que podem se estender por vários metros de diâmetro.

Em comparação com reatores de fusão maiores, esses dispositivos menores são mais baratos de construir e potencialmente mais eficientes e estáveis ​​– todas as vantagens se você deseja tornar uma tecnologia comercialmente viável.

Uma série de otimizações foram implantadas pelos pesquisadores para atingir o novo recorde de temperatura, incluindo o uso do próprio ST e a forma como o plasma foi preparado em termos de como foi aquecido e sua densidade de elétrons.

Algumas técnicas foram emprestadas de experimentos de 'supershot' realizados na década de 1990 no Tokamak Fusion Test Reactor, que é muito maior que o ST40. Essencialmente, a abordagem envolvia muito calor sendo aplicado em um espaço de tempo muito curto.

Outro truque de otimização aplicado pelos cientistas foi aquecer mais os íons carregados positivamente do que os elétrons carregados negativamente dentro do plasma. Conhecido como modo de íon quente, ajuda a aumentar o número de reações e o desempenho do tokamak.

“Essas temperaturas foram alcançadas em cenários de modo de íons quentes, onde a temperatura do íon excede a dos elétrons, normalmente por um fator de dois ou mais”, escrevem os pesquisadores.

Embora esta descoberta e outras semelhantes sejam certamente empolgantes, a fusão nuclear ainda está em fase de teste, com vários obstáculos a serem superados antes que possa ser considerada uma fonte prática de energia. Nem todo mundo acredita que a produção de energia de fusão nuclear será possível, considerando os desafios técnicos envolvidos.

Esses desafios também são destacados aqui: a temperatura máxima foi atingida por apenas 150 milissegundos. Uma bela conquista no laboratório, mas não muito tempo para praticamente contribuir com qualquer coisa para a rede de energia.

Ainda assim, cada descoberta nos aproxima do objetivo final – e este é particularmente notável, considerando que os tokamaks esféricos são uma das opções mais promissoras para criar reações de fusão nuclear de forma que as equações necessárias de energia e economia acabem fazendo sentido.