A ciência da fusão nuclear é bem conhecida. Físicos e engenheiros que pesquisam nesta área conhecem há décadas do ponto de vista físico-químico as propriedades da reação de fusão que pode ser desencadeada entre dois núcleos atômicos se ocorrerem as circunstâncias certas. E, no entanto, a energia de fusão ainda não é uma realidade do ponto de vista comercial.
EUROfusion, a instituição que lidera a construção e operação do ITER (Reator Experimental Termonuclear Internacional), o reator de fusão experimental que está sendo construído em Cadarache (França), prevê que a energia de fusão comercial chegará na década de 1960. Os desafios que devem ser superados para que isso seja possível inserem-se no campo da engenharia, e não no da ciência em um maneira estrita.
Em Xataka falamos sobre os desafios colocados pelo desenvolvimento dos materiais de revestimento interno da câmara de vácuo do reator, necessários para resistir à interação de nêutrons de alta energia resultante da reação de fusão. Também falamos sobre a necessidade de estabilizar e sustentar ao longo do tempo o plasma de temperatura muito elevada que contém os núcleos de deutério e trítio. Contudo, o desafio ao qual este artigo se dedica é diferente. E também é crucial.
É essencial minimizar a todo custo a perda de energia dentro do plasma
O gás que contém os núcleos de deutério e trítio, que são os dois isótopos de hidrogênio usados para desencadear a reação de fusão, está a uma temperatura de pelo menos 150 milhões de graus Celsius. É essencial que o plasma atinja esta temperatura porque caso contrário os núcleos não adquirirão a energia cinética necessária para superar a sua repulsão eléctrica natural e fundir-se. No entanto, esta temperatura não é uniforme em todo o plasma.
A proliferação de átomos com carga geral neutra na periferia do plasma causa perdas de energia
Cientistas que trabalham na fusão nuclear observaram que em reactores experimentais o plasma alojado na periferia é mais frio do que o de outras regiões, o que faz com que alguns núcleos ionizados se voltem a ligar a um electrão, dando origem a átomos de hidrogénio com carga global neutra. O problema é que a proliferação de átomos neutros na periferia do plasma causa perda de energia e na fusão nuclear é essencial minimizar ao máximo essas perdas para sustentar a reação ao longo do tempo.
É importante também não esquecermos que, por mais poderoso que seja, o campo magnético responsável por confinar o plasma sempre tem um limite. É capaz de conter partículas que possuem nível de energia médio, mas aquelas que ultrapassam esse valor de energia têm a capacidade de escapar dele. E se muitas dessas partículas escaparem, muita energia será perdida e não será possível manter a reação ao longo do tempo.
Felizmente, uma equipe de engenheiros da Universidade de Wisconsin-Madison (EUA) elaborou uma estratégia muito engenhosa para lidar com átomos com carga geral neutra que favorecem a perda de energia do plasma. O que propõem é cobrir o manto interno da câmara de vácuo, que é a parte do reator que fica diretamente exposta ao plasma, com uma cobertura muito fina de tântalo. Esse metal é capaz de suportar a altíssima temperatura que o plasma atinge dentro do reator, mas tem outro trunfo ainda mais importante a seu favor.
E também tem uma grande capacidade de absorver átomos de hidrogénio, pelo que pode ajudar a mantê-los sob controlo para minimizar a perda de energia. Os criadores desta tecnologia também garantem que o seu revestimento de tântalo seja fácil de reparar e manter, pelo que não deverá ter um impacto negativo nem no custo de construção do reactor nem na sua manutenção. Parece bom, mas o mais importante é que aos poucos os desafios colocados pela chegada da fusão nuclear comercial vão diminuindo um a um.
Imagem de capa: Fusão para Energia (F4E)
Mais informação: Física Escrita
Em Xataka: O reator de fusão nuclear JET não é mais o mais poderoso que existe. Esta é a fera que nos prepara para a chegada do ITER