(dr) Max-Planck Institut für Plasmaphysik
O reator de fusão nuclear stellarator Wendelstein 7-X
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 reator W7-X, ou Wendelstein 7-X Stellerator, está produzindo os super-fortes campos magnéticos 3D que seu projeto previu, com “precisão sem precedentes”. Os pesquisadores descobriram uma taxa de erro inferior a uma em 100.000.
“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 num artigo publicado na revista Nature.
Isso 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: sonho ou realidade?
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.
Ao contrário da fissão nuclear, que é alcançada pelas 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 juntos em temperaturas incrivelmente altas, e não produz resíduos radioativos ou outros subprodutos.
(dr) Max-Planck Institut für Plasmaphysik
Esquema do reator de fusão nuclear Wendelstein 7-X Stellarator, com a tradicional forma em donut de um tokamak
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 grande ‘se’, porque os cientistas têm trabalhado no problema há mais de 60 anos, e ainda não chegamos lá.
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.
Campos magnéticos 3D
Como você pode imaginar, isso não é fácil. 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 Stellerator funciona através da geração de campos magnéticos 3D.
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, pelo menos.
Apesar do fato da máquina ter controlado com sucesso o plasma de hélio em dezembro do ano passado, e ter em seguida, em fevereiro, controlado o plasma de hidrogênio, mais desafiador, ninguém havia mostrado que o campo magnético estava realmente funcionando como deveria.
Comprovando os campos
Para medi-lo, uma equipe de pesquisadores do Departamento de Energia dos EUA e do Instituto Max Planck de Física de Plasma na Alemanha enviaram um feixe de elétrons ao longo das linhas de campo magnético no reator.
(dr) T. Sunn Pedersen et al / Max Planck Institute for Plasma Physics
Visualização experimental das linhas do campo magnético do reactor nuclear Wendelstein 7-X (identificadas com uma precisão nunca antes conseguida)
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 acima, mostra o tipo exato de campos magnéticos retorcidos que deveriam existir.
“Confirmamos que a gaiola magnética que construímos funciona como projetada”, disse Sam Lazerson, do Laboratório de Física de Plasma de Princeton, do Departamento de Energia dos EUA, citado pelo Science Alert.
Apesar deste sucesso, o W 7-X na verdade não é destinado a gerar eletricidade de fusão nuclear – ele é simplesmente uma prova de conceito para mostrar que a 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 que requer para funcionar. Isso é algo que a próxima geração de stellerators superará, espera-se.
“A tarefa acaba de começar”, explicam os pesquisadores.
O W 7-X está oficialmente competindo com o reator de tokamak ITER da França – 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.
Não é algo que vai acontecer amanhã, mas é um momento incrivelmente emocionante para a fusão nuclear.
// HypeScience
