Fusão nuclear pode liberar ainda mais energia do que imaginávamos, dizem cientistas

Futuras reações de fusão dentro de tokamaks poderiam produzir muito mais energia do que se pensava anteriormente, graças a novas pesquisas inovadoras que descobriram que uma lei fundamental para esses reatores estava errada.

A pesquisa, liderada por físicos do Centro Suíço de Plasma da École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EFPL), determinou que a densidade máxima do combustível de hidrogênio é cerca de duas vezes o “Limite de Greenwald” – uma estimativa derivada de experimentos de mais de 30 anos atrás.

A descoberta de que os reatores de fusão podem realmente trabalhar com densidades de plasma de hidrogênio que são muito maiores do que o limite de Greenwald para o qual foram construídos influenciará a operação do enorme tokamak ITER que está sendo construído no sul da França e afetará muito os projetos dos sucessores do ITER, chamados de Reatores de fusão de usinas de demonstração (DEMO), disse o físico Paolo Ricci no Swiss Plasma Center.

“O valor exato depende da potência”, disse Ricci à Live Science. “Mas como uma estimativa aproximada, o aumento é da ordem de um fator de dois no ITER.”

Ricci é um dos líderes do projeto de pesquisa, que combinou o trabalho teórico com os resultados de cerca de um ano de experimentos em três reatores de fusão diferentes em toda a Europa – EPFL’s Tokamak à Configuration Variable ( TCV ), o Joint European Torus ( JET ) em Culham no Reino Unido, e o Axially Symmetric Divertor Experiment ( ASDEX ) Upgrade tokamak no Max Planck Institute for Plasma Physics em Garching na Alemanha.

Ele também é um dos principais autores de um estudo sobre a descoberta publicado em 6 de maio na revista Physical Review Letters .

Fusão futura 

Os tokamaks em forma de rosquinha são um dos projetos mais promissores para reatores de fusão nuclear que poderiam um dia ser usados ​​para gerar eletricidade para redes elétricas.

Os cientistas trabalharam por mais de 50 anos para tornar a fusão controlada uma realidade; Ao contrário da fissão nuclear, que faz com que a energia destrua núcleos atômicos muito grandes, a fusão nuclear poderia gerar ainda mais energia juntando núcleos muito pequenos.

O processo de fusão cria muito menos resíduos radioativos do que a fissão, e o hidrogênio rico em nêutrons que ele usa como combustível é comparativamente fácil de obter.

O mesmo processo alimenta estrelas como  o Sol , razão pela qual a fusão controlada é comparada a uma “estrela em uma jarra”; mas como a pressão muito alta no coração de uma estrela não é viável na  Terra , as reações de fusão aqui exigem temperaturas mais quentes que o Sol para operar.

A  temperatura dentro do tokamak TCV , por exemplo, pode ser superior a 216 milhões de graus Fahrenheit (120 milhões de graus Celsius) – quase 10 vezes a temperatura do núcleo de fusão do Sol, que é de cerca de 27 milhões de graus Fahrenheit (15 milhões de graus Celsius).

Vários projetos de energia de fusão estão agora em estágio avançado, e alguns pesquisadores acham que  o primeiro tokamak a gerar eletricidade para a rede pode estar funcionando até 2030 , informou a Live Science anteriormente.

Mais de 30 governos em todo o mundo também estão financiando o ITER tokamak (“Iter” significa “o caminho” em latim), que deve produzir seus primeiros plasmas experimentais em 2025.

O ITER, no entanto, não foi projetado para gerar eletricidade; mas os tokamaks baseados no ITER, chamados reatores DEMO, estão agora sendo projetados e podem estar funcionando até 2051.

Problemas de plasma

No centro dos novos cálculos está o Limite de Greenwald, em homenagem ao físico do MIT Martin Greenwald, que determinou o limite em 1988.

Os pesquisadores estavam tentando descobrir por que seus plasmas de fusão efetivamente se tornaram incontroláveis ​​(eles se expandiram para fora dos campos magnéticos pelos quais estavam contidos dentro da câmara do tokamak) quando aumentaram a densidade do combustível além de um certo ponto, e Greenwald derivou um limite experimental baseado em um tokamak raio menor (o tamanho do círculo interno do donut) e a quantidade de corrente elétrica que passa pelo plasma.

Embora os cientistas suspeitassem há muito tempo que o Limite de Greenwald poderia ser melhorado, tem sido uma regra fundamental da pesquisa de fusão por mais de 30 anos, disse Ricci. Por exemplo, é um princípio orientador do design do ITER.

O estudo mais recente, no entanto, expande os experimentos e a teoria que Greenwald usou para derivar seu limite, resultando em um limite de densidade de combustível muito maior que aumentará a capacidade do ITER e afetará os projetos dos reatores DEMO que vêm depois dele. ele disse.

A chave foi a descoberta de que um plasma pode sustentar uma maior densidade de combustível à medida que a potência de uma reação de fusão aumenta, disse ele.

Ainda não é possível saber como um aumento tão grande na densidade do combustível afetará a potência dos tokamaks, disse Ricci, mas é provável que seja significativo; e pesquisas mostram que uma maior densidade de combustível tornará os reatores de fusão mais fáceis de operar.  

“Isso torna as condições de fusão seguras e sustentáveis ​​mais fáceis de alcançar”, disse ele. “Isso permite que você chegue ao regime que deseja, para que o reator de fusão possa funcionar corretamente.”

Este artigo foi originalmente publicado pela Live Science . Leia o artigo original aqui .