Este novo reator nuclear é extremamente promissor: análise

Por , em 28.05.2018

Lembra do Wendelstein 7-X, ou apenas W7-X, o maior reator de fusão nuclear experimental do mundo?

O reator, do tipo stellarator, fica em Greifswald, na Alemanha, e é uma das tentativas mais promissoras que temos de finalmente gerar energia via fusão nuclear.

Sua instalação ainda não está completa, mas os pesquisadores divulgaram recentemente resultados de alguns dos primeiros testes realizados na potente máquina, e eles mostraram que estamos no caminho certo.

Entenda todos os grandes feitos de engenharia que foram necessários para chegarmos mais perto de fazer um reator de fusão nuclear funcionar:

Fusão nuclear: o que é

Todos os elementos mais pesados que o hidrogênio são resultado de fusão.

Para criar um elemento mais pesado através de fusão, é preciso tirar os elétrons de dois átomos e então forçar seus núcleos a se fundirem. Isso é especialmente difícil porque ambos ficam carregados positivamente e se repelem vigorosamente.

Se a fusão ocorre, no entanto, o processo libera uma boa energia. Essa é, por exemplo, a energia que alimenta o nosso sol.

O que queremos é imitar esse processo em versões menores, que possam algum dia fornecer eletricidade aqui na Terra.

Como conseguir isso?

Para alcançar a fusão, os pesquisadores têm que aquecer núcleos de átomos até o ponto em que eles se movimentem tão rápido que não conseguem evitar uma colisão. Para aumentar a chance dessas colisões, por sua vez, é melhor confinar os núcleos em um espaço pequeno.

O calor e a necessidade de confinamento normalmente funcionam um contra o outro, no entanto, o que torna este um grande desafio de engenharia.

Para contornar esse obstáculo, os físicos decidiram confinar plasmas em campos magnéticos. O plasma é um gás que consiste de uma mistura de elétrons e íons carregados positivamente, ou seja, átomos que têm pelo menos um elétron removido. O alto confinamento é fornecido por um conjunto cuidadosamente projetado de campos magnéticos.

Há um problema, porém: os íons se esparramam ao longo das linhas do campo magnético. Eles tendem a viajar de áreas com alta pressão (onde há mais íons) para áreas com baixa pressão. Os pontos de baixa pressão, infelizmente, são onde o campo magnético é mais fraco, de forma que os íons escapam de sua “prisão magnética”. Para consertar isso, o campo magnético precisa ser torcido de modo que as partículas carregadas se esparramem para dentro, para locais de alta pressão.

Um desafio atrás do outro

Para gerar essa torção, o stellarator tem um conjunto de ímãs supercondutores incríveis com uma precisão espantosa.

Essa precisão vem do fato de que podemos criar modelos de como os plasmas respondem a campos magnéticos, o que nos permite criar ímãs que geram os campos corretos. Se o campo magnético tiver a forma desejada, o plasma não vazará.

A única maneira de testar completamente se os modelos estão certos, contudo, é compará-los com observações. Isso requer construir e instalar os ímãs.

Os ímãs do W7-X já estão todos instalados. O campo magnético gerado também já foi mapeado e realmente é preciso (em termos científicos, possui uma precisão de cerca de uma parte em 100.000).

Mais boas notícias

Os pesquisadores também compararam temperaturas e densidades para duas configurações diferentes de campo magnético, comprovando novamente que seus modelos eram válidos e previram corretamente densidades de plasma, temperatura de elétrons e temperatura de íons.

O W7-X também é otimizado para minimizar problemas que possam degradar o confinamento do plasma. Nos experimentos dos pesquisadores, as duas configurações de campo magnético conseguiram suprimir correntes que poderiam causar problemas, de acordo com as previsões.

Os melhores resultados foram 3,5 vezes mais eficientes do que os vistos em um dispositivo tokamak (outro tipo de reator de fusão nuclear) equivalente.

O caminho que falta

O sucesso desses experimentos é um passo importante em direção a um componente crítico que ainda falta no stellarator: o desviador.

O desviador é o único local na câmara de vácuo onde o plasma deve atingir a parede, em vez de evitá-la cuidadosamente. É um “escape” com temperaturas extremamente altas e fluxos de partículas. O W7-X será o primeiro stellarator com um desviador, mas ninguém tem certeza se o conceito realmente funcionará.

O importante, por enquanto, é que as duas configurações de campo magnético testadas indicam que há boas chances de projetarmos uma operação em que o plasma atinja o desviador de maneira controlada.

Em breve, os cientistas devem fazer novos testes mais avançados no W7-X. Por exemplo, para atingir a potência máxima, o stellarator precisa de um sistema de resfriamento. Tubos de água foram incorporados para desempenhar essa função de troca de calor, mas ainda não foram ligados. Há muitos canos e juntas, todos no vácuo – se algum deles vazar, os pesquisadores provavelmente passarão muito tempo tentando encontrar tubos inacessíveis para soldá-los. [ArsTechnica]

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