Em Xataka falamos muitas vezes sobre os desafios que as pessoas que pesquisam na área da fusão nuclear devem superar para que os primeiros reatores comerciais cheguem a um bom porto. Falamos da necessidade de desenvolver novos tipos de aço capazes de serem minimamente ativados pelo impacto de nêutrons de alta energia; sobre quão importante é estabilizar o plasma e controlar a turbulência, etc.
No entanto, até agora abordamos apenas brevemente a razão pela qual cada novo reator experimental de fusão nuclear é maior que o anterior. Na verdade, quando você conclui a montagem do ITER (Reator Experimental Termonuclear Internacional), a máquina de fusão que está sendo construída por um consórcio internacional liderado pela Europa na cidade francesa de Cadarache, será o maior reator experimental à face da Terra. E não será, claro, por capricho do acaso.
Fusão nuclear e o limite de Greenwald
Em reatores experimentais de fusão nuclear, como o ITER, os cientistas confinam núcleos carregados de deutério e trítio usando um campo magnético. O que acontece é que por mais poderoso que seja esse campo, ele sempre tem um limite de intensidade e quando as partículas são produzidas adquirem energias muito variadas. Alguns têm muita energia e outros, porém, adquirem pouca energia. Os engenheiros de reatores são capazes de conter a energia média, mas as partículas que excedem esse valor de energia têm a capacidade de escapar do campo magnético.
O que os cientistas que trabalham na fusão buscam é que a energia que escapa seja pequena o suficiente para que não ocorra uma diminuição do nível de energia dentro da reação.
O problema é que se muitas partículas escapam, muita energia é perdida e a reação de fusão não pode ser sustentada ao longo do tempo. Felizmente este 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 houver em torno de uma que queira escapar, maior será a probabilidade de atingir outra no seu caminho de fuga e virar-se ou desistir da sua energia.
Em última análise, o que os cientistas que trabalham na fusão buscam é que a energia que escapa seja pequena o suficiente para que não ocorra uma diminuição do nível de energia dentro da reação. Isso já foi conseguido no JET, mas foi conseguido em pouco tempo porque o esforço não pode ser mantido por muito tempo por falta de tamanho, olhando para isso de forma muito simplificada. Seja como for, boas notícias acabam de acontecer. E um grupo de pesquisa da empresa americana General Atomics publicou um artigo na Nature que dá uma contribuição significativa nessa área.
O limite de Greenwald estabelece o valor máximo de densidade que o combustível pode atingir dentro da câmara de vácuo de um reator de fusão nuclear. Em teoria, ao exceder este valor dentro de um reator tokamak pode ocorrer interrupção, que é um evento em que o plasma é desestabilizado, o confinamento magnético é interrompido e a reação de fusão cessa. Uma ruptura pode causar sérios danos às paredes internas da câmara de vácuo dependendo da energia das partículas que escapam do confinamento e impactam com elas.
O limite de Greenwald estabelece o valor máximo de densidade que o combustível pode atingir dentro da câmara de vácuo de um reator de fusão nuclear.
Exceder o limite de Greenwald não garante que ocorrerá uma interrupção, mas os físicos e engenheiros que trabalham com reatores tokamak Até agora consideravam este parâmetro uma barreira que não podiam ignorar. A contribuição dos cientistas da General Atomics é muito relevante porque conseguiram comprovar empiricamente condições de trabalho que lhes permitiram sustentar a estabilidade do plasma com densidade 20% acima do limite de Greenwald durante 2,2 segundos.
Em seu experimento eles usaram um reator tokamak com um raio de 1,6 metros (o ITER terá um raio não inferior a 6,2 metros) e um gás contendo núcleos de deutério (o combustível do ITER incorporará núcleos de deutério e de trítio). Como vimos, é muito importante que a densidade do plasma seja suficientemente alta para minimizar a probabilidade de ocorrência. perdas significativas de energia causada por partículas que conseguem escapar do confinamento magnético. E agora os pesquisadores que trabalham com reatores tokamak Eles sabem que é possível ultrapassar o limite de Greenwald para trabalhar com a densidade necessária para sustentar a reação de fusão. Não há dúvida de que é uma ótima notícia.
Imagem | Atômica Geral
Mais informações | Natureza
Em Xataka | Se a energia comercial de fusão nuclear finalmente chegar, deveremos isso em grande parte a este reator. E não é ITER