Reator de fusão nuclear supera dois obstáculos operacionais importantes

Um trabalhador dentro da câmara de vácuo do tokamak DIII-D durante uma parada para manutenção.
[Imagem: Rswilcox]

Plasma estável por mais tempo

Uma reação de fusão nuclear superou duas barreiras cruciais para operar em um "ponto ideal" necessário para a produção de energia: Aumentar a densidade do plasma e manter esse plasma contido mais denso.

O feito foi alcançado em um pequeno reator experimental do tipo tokamak, chamado DIII-D, pertencente ao Departamento de Energia dos EUA, mas operado pela empresa General Atomics.

Existem várias abordagens na tentativa de chegar à fusão nuclear sustentada, como a mais famosa fusão inercial a laser, que vem batendo todos os recordes até agora, a fusão magneto-inercial, o reator SPARC do MIT e o reator de fusão privado Trenta.

Mas os tokamaks representam de longe a versão mais utilizada em todo o mundo, consistindo em uma uma câmara em formato de pneu onde um plasma mais quente do que a superfície do Sol precisa ser contido por campos magnéticos gigantescos para não tocar nas paredes do reator e derreter tudo. Essas energias são necessárias para alcançar o ponto onde os átomos do combustível se fundem para liberar ainda mais energia do que a que foi injetada no sistema.

Vencendo o limite de Greenwald

O que a equipe demonstrou agora foi uma técnica para aumentar a densidade do plasma e, mais importante, fazer isto mantendo o plasma estável. Nesta primeira demonstração, o reator operou por 2,2 segundos com uma densidade média 20% acima do chamado limite de Greenwald, um ponto teórico acima do qual se acredita não ser possível aumentar a densidade do plasma sem que ele escape dos ímãs e danifique o reator.

Mas o aumento da densidade do plasma é crucial para aumentar a produção de energia, uma vez que os experimentos demonstraram que a produção dos reatores tokamak aumenta proporcionalmente ao quadrado da densidade do combustível. Assim, vencer esse limite tem ocupado os pesquisadores da área há tempos.

Embora esta barreira já tenha sido ultrapassada antes, com menos estabilidade e por períodos mais curtos, esta demonstração foi avaliada com uma métrica, conhecida como H98(y,2), acima de 1 - é uma mistura complexa de medições e valores que mostra o quanto o plasma está sendo contido pelos ímãs, e um valor de 1,0 ou acima diz que o plasma está bem estável onde ele deveria ficar.

Os valores obtidos são inéditos, mas eles foram frutos de ajustes por tentativa e erro para o reator específico onde o experimento foi feito.
[Imagem: S. Ding et al. - 10.1038/s41586-024-07313-3]

Será que dá para aumentar?

Agora os físicos e engenheiros estão discutindo se a abordagem adotada no DIII-D pode ser extrapolada para reatores maiores, uma vez que os dois índices alcançados significaram um salto à frente da concorrência, abrindo o caminho para produzir mais energia líquida por fusão nuclear do que já foi conseguido por qualquer outro reator.

A câmara de plasma do DIII-D tem um raio externo de apenas 1,6 metro, e as discussões envolvem saber se o mesmo método funcionará para o reator internacional ITER, que está em construção na França e que terá um raio de 6,2 metros.

Além disso, o ajuste feito pela equipe foi fruto de um longo trabalho de tentativa e erro e liga e desliga o reator, não sendo claro se os mesmos parâmetros servirão para outros reatores.

Bibliografia:
Artigo: A high-density and high-confinement tokamak plasma regime for fusion energy
Autores: S. Ding, A. M. Garofalo, H. Q. Wang, D. B. Weisberg, Z. Y. Li, X. Jian, D. Eldon, B. S. Victor, A. Marinoni, Q. M. Hu, I. S. Carvalho, T. Odstr?il, L. Wang, A. W. Hyatt, T. H. Osborne, X. Z. Gong, J. P. Qian, J. Huang, J. McClenaghan, C. T. Holcomb, J. M. Hanson
Revista: Nature
DOI: 10.1038/s41586-024-07313-3

Fonte: https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=reator-fusao-nuclear-supera-dois-obstaculos-operacionais-importantes&id=010115240426