Ciência Fusão nuclear
A 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.
26/05/2022 12h38
Por: Redação Fonte: https://universoracionalista.org/a-fusao-nuclear-pode-liberar-ainda-mais-energia-do-que-imaginavamos-dizem-cientistas/

Traduzido por Julio Batista
Original de Tom Metcalfe para o Live Science

A pesquisa, liderada por físicos do Centro Suíço de Plasma da Escola Politécnica Federal de Lausana (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 mais altas 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 Centro de Plasma da Suíça.

“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 – o Tokamak de Configuração Variável (TCV) da EPFL, o Joint European Torus (JET) em Culham no Reino Unido, e o Axially Symmetric Divertor Experiment (ASDEX) para avanços com tokamaks no Instituto Max Planck de Física de Plasma 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.

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Fusão do futuro 

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 recipiente”; 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.

temperatura dentro do tokamak TCV, por exemplo, pode ser superior a 120 milhões de graus Celsius – quase 10 vezes a temperatura do núcleo de fusão do Sol (cerca de 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 tokamakk ITER (“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.

O problema do 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 com um raio menor (o tamanho do círculo interno da rosquinha) 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, segundo ele.

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 aonde deseja, para que o reator de fusão possa funcionar corretamente.”