Fusão nuclear: superando o limite de Greenwald e abrindo caminho para a energia nuclear limpa e sustentável. Descubra mais!
Na CPG, já falamos muitas vezes sobre os desafios que as pessoas que pesquisam no campo da fusão nuclear devem superar para que os primeiros reatores comerciais tenham sucesso. Discutimos a necessidade de desenvolver novos tipos de aço capazes de ativar-se minimamente diante do impacto dos nêutrons de alta energia; sobre a importância de estabilizar o plasma e controlar as turbulências, etc.
No entanto, até agora, apenas abordamos brevemente a razão pela qual cada novo reator experimental de fusão nuclear é maior que o anterior. De fato, quando for concluída a montagem do ITER (Reator Termonuclear Experimental Internacional), a máquina de fusão que está sendo construída por um consórcio internacional liderado pela Europa na localidade francesa de Cadarache, será o maior reator experimental sobre a face da Terra. E não será, claro, por um capricho do acaso.
A fusão nuclear e o limite de Greenwald
Nos reatores experimentais de fusão nuclear, como o ITER, os cientistas confinam os núcleos de deutério e trítio carregados utilizando um campo magnético. O que acontece é que, por mais potente que seja esse campo, ele sempre tem um limite de intensidade, e as partículas, quando produzidas, adquirem energias muito variadas. Algumas têm muita energia, e outras, no entanto, adquirem pouca energia. Os engenheiros dos reatores são capazes de conter a energia média, mas aquelas partículas que superam esse valor de energia têm a capacidade de escapar do campo magnético.
O problema é que, se muitas partículas escapam, muita energia é perdida e não é possível sustentar a reação de fusão ao longo do tempo. Felizmente, esse desafio pode ser resolvido modulando os campos magnéticos e aumentando o tamanho do plasma. Esta é a razão pela qual cada reator experimental é maior que o anterior. Os cientistas acreditam que o ITER tem o tamanho apropriado porque, quanto mais partículas há ao redor de uma que quer escapar, mais provável é que ela impacte com outra em seu caminho de fuga e mude de direção ou entregue sua energia.
Em busca da estabilidade na reação de fusão
Em última análise, o que os cientistas que trabalham com fusão buscam é que a energia que escapa seja suficientemente pequena para que não ocorra um nível decrescente de energia dentro da reação. Isso já foi conseguido no JET, mas foi alcançado por pouco tempo, pois não é possível manter o esforço por um período prolongado devido à falta de tamanho, vendo de forma muito simplificada. De qualquer forma, acaba de acontecer uma boa notícia. Um grupo de pesquisa da empresa americana General Atomics publicou um artigo na Nature que faz uma contribuição significativa nesta área.
O limite de Greenwald estabelece o valor máximo de densidade que o combustível pode alcançar dentro da câmara de vácuo de um reator de fusão nuclear. Em teoria, ao superar esse valor dentro de um reator tokamak, pode ocorrer uma disrupção, que é um evento em que o plasma se desestabiliza, o confinamento magnético é interrompido e a reação de fusão cessa. Uma disrupção pode causar danos sérios nas paredes internas da câmara de vácuo, dependendo da energia das partículas que escapam do confinamento e impactam com elas.
Superar o limite de Greenwald não garante que ocorrerá uma disrupção, mas os físicos e engenheiros que trabalham com reatores tokamak até agora consideravam esse parâmetro uma barreira que não podiam ignorar. A contribuição que os cientistas da General Atomics fizeram é muito relevante porque conseguiram provar empiricamente algumas condições de trabalho que lhes permitiram sustentar a estabilidade do plasma com uma densidade 20% acima do limite de Greenwald por 2,2 segundos.
Em seu experimento, utilizaram um reator tokamak com um raio de 1,6 metros (o ITER terá um raio de nada menos que 6,2 metros) e um gás que contém núcleos de deutério (o combustível do ITER incorporará tanto núcleos de deutério quanto de trítio). Como vimos, é muito importante que a densidade do plasma seja suficientemente elevada para minimizar a probabilidade de ocorrerem perdas significativas de energia causadas pelas partículas que conseguem escapar do confinamento magnético. E agora, os pesquisadores que trabalham com reatores tokamak sabem que é possível ultrapassar o limite de Greenwald para trabalhar com a densidade que requer a sustentação da reação de fusão. Não há dúvida de que é uma ótima notícia.
