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Física & Química

Testes confirmam que o gigantesco reator de fusão nuclear alemão realmente funciona

No final do ano passado, a Alemanha ligou um novo tipo massivo de reator de fusão nuclear pela primeira vez, e conseguiu conter uma torrente quente de plasma de hélio. Mas desde então, uma grande questão apareceu – o dispositivo está funcionando como deveria? Isso é muito importante quando você está falando sobre uma máquina que poderia potencialmente manter sob controle reações de fusão nuclear um dia, e, felizmente, a resposta é sim.

Uma equipe de pesquisadores dos Estados Unidos e da Alemanha já confirmaram que o stellerator Wendelstein 7-X (W 7-X) está produzindo os superfortes campos magnéticos 3D que seu projeto previu, com “precisão sem precedentes”. Os pesquisadores descobriram uma taxa de erro inferior a uma em 100.000. Tais resultados podem se tornar um passo fundamental para verificar a viabilidade de stellarators como modelos para futuros reatores de fusão nuclear.

O W7-X, que é o maior e mais sofisticado stellarator do mundo, tem como principal colaborador estadunidense o Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos Estados Unidos, juntamente com o Instituto Max Planck para a Física do Plasma, em Greifswald, na Alemanha. Construído pelo instituto de Max Planck para a Física do Plasma, foi terminado em 2015 como a vanguarda do projeto stellarator. Outros colaboradores da equipe de pesquisadores dos Estados Unidos incluem o Laboratório Nacional Oak Ridge, o Laboratório Nacional Los Alamos, juntamente com a Universidade de Auburn, o Instituto de Tecnologia de Massachusetts, a Universidade Wisconsin-Madison e a Xanthos Technologies.

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“Pelo que sabemos, esta é uma precisão sem precedentes, tanto em termos de engenharia como de construção de um dispositivo de fusão, bem como na medição da topologia magnética”, escrevem os pesquisadores na revista Nature Communications. Isso pode parecer não muito excitante, mas é crucial, porque esse campo magnético é a única coisa que pode capturar bolas quentes de plasma por tempo suficiente para a fusão nuclear ocorrer.

Fusão nuclear: um grande desafio

A fusão nuclear é uma das fontes mais promissoras de energia limpa – com pouco mais do que água salgada, ela oferece energia ilimitada usando a mesma reação que acontece no nosso Sol e em outras estrelas. Ao contrário da fissão nuclear, que é alcançada por nossas atuais usinas nucleares, e envolve a divisão do núcleo de um átomo em nêutrons e núcleos menores, a fusão nuclear gera enormes quantidades de energia quando os átomos são fundidos em temperaturas incrivelmente altas, e não produz resíduos radioativos ou outros subprodutos.

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Com base na longevidade do nosso Sol, a fusão nuclear também tem o potencial de fornecer energia à humanidade enquanto precisarmos – claro, se pudermos descobrir como aproveitar a reação. E isso é um “se” realmente grande, porque os cientistas têm trabalhado no problema há mais de 60 anos, e ainda estamos longe do nosso objetivo.

O principal desafio é que, a fim de conseguir a fusão nuclear controlada, temos de realmente recriar as condições dentro do Sol. Isso significa construir uma máquina capaz de produzir e controlar uma bola de gás de plasma de 100 milhões de graus Celsius (180 milhões de graus Fahrenheit).

Campos magnéticos curvos

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Como você pode imaginar, é mais fácil falar do que fazer. Mas existem vários projetos de reatores de fusão nuclear em operação em todo o mundo neste momento que estão tentando o seu melhor, e o W 7-X é uma das tentativas mais promissoras. Em vez de tentar controlar o plasma com apenas um campo magnético 2D, que é a abordagem utilizada pelos reatores tokamak mais comuns, o stellarator funciona através da geração de campos magnéticos 3D retorcidos.

visualização experimental das linhas de campo magnético

Visualização experimental das linhas de campo magnético. Crédito: Nature Communications

Isso permite que os stellerators controlem o plasma sem a necessidade de qualquer corrente elétrica – das quais os tokamaks dependem – e, como resultado, os torna mais estáveis, porque eles podem continuar mesmo que a corrente interna seja interrompida. Bem, essa é a ideia do projeto.

Apesar do fato de a máquina ter controlado com sucesso o plasma de hélio em dezembro do ano passado e, em seguida, o mais desafiador plasma de hidrogênio, em fevereiro, ninguém havia mostrado que o campo magnético estava realmente funcionando como deveria.

Comprovando os campos de contenção

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Para medi-lo, as equipes de pesquisadores do PPPL e do Instituto Max Planck de Física de Plasma, onde o equipamento está construído, enviaram um feixe de elétrons ao longo das linhas de campo magnético no reator. Usando uma espécie de haste fluorescente, eles percorreram essas linhas e criaram luz no formato dos campos. O resultado, que você pode ver na imagem abaixo, mostra o tipo exato de campos magnéticos retorcidos que deveriam existir.

“Confirmamos que a gaiola magnética que construímos funciona como projetada”, disse Sam Lazerson, um dos líderes de pesquisadores, do Laboratório de Física de Plasma de Princeton, do Departamento de Energia dos EUA. Apesar deste sucesso, o W 7-X na verdade não é destinado a gerar eletricidade de fusão nuclear – ele é simplesmente uma prova para mostrar que conceito da ideia pode funcionar.

Em 2019, o reator começará a usar deutério em vez de hidrogênio para produzir reações de fusão reais dentro da máquina, mas não será capaz de gerar mais energia do que a corrente requerida para fazê-lo funcionar. Isso é algo que a próxima geração de stellerators superará, espera-se. “A tarefa acaba de começar”, explicam os pesquisadores em um comunicado à imprensa.

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Não é algo que vai acontecer amanhã, mas é um momento incrivelmente emocionante para a fusão nuclear. O W 7-X está oficialmente competindo com o reator francês ITER do tipo tokamak – ambos foram capazes de capturar o plasma por tempo suficiente para a fusão ocorrer. A verdadeira questão agora é, qual dessas máquinas será a primeira a nos trazer energia eficiente através da fusão nuclear? Mal podemos esperar para descobrir.

A pesquisa foi publicada em Nature Communications.

Fontes: Science Alert e EurekaAlert/AAAS

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Mestrando em Estudos Ambientais pela UCES, Buenos Aires. Graduado em Engenharia Civil e pós-graduado em Gestão Pública e Controladoria Governamental. Com interesse por ciência, tecnologia, filosofia, desenvolvimento sustentável e diversas outras áreas do conhecimento humano.

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