(dr) Max-Planck Institut für Plasmaphysik
O reator de fusão nuclear stellarator Wendelstein 7-X
No fim do ano passado, a Alemanha ligou um novo tipo massivo de reactor de fusão nuclear pela primeira vez, e conseguiu conter uma torrente quente de plasma de hélio. Mas desde então, uma grande questão surgiu – o dispositivo funciona mesmo como deveria?
Isso é muito importante quando se fala da máquina que pode um dia manter sob controle reacções de fusão nuclear – e, felizmente, a resposta é sim.
Uma equipa de investigadores dos Estados Unidos e da Alemanha já confirmaram que o reactor W7-X, ou Wendelstein 7-X Stellerator, está a produzir os poderosos campos magnéticos 3D que o projecto previu, e com uma “precisão sem precedentes”. Os investigadores determinaram que o reactor opera com 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 investigadores num artigo publicado na revista Nature.
Isso é crucial, porque este campo magnético é a única coisa que consegue captar e manter sob controle bolas quentes de plasma por tempo suficiente para que a fusão nuclear ocorra.
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 as mesmas reacções que acontecem no nosso Sol.
Ao contrário da fissão nuclear, que é alcançada pelas actuais centrais nucleares, que envolve a divisão do núcleo de um átomo em neutrões 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 radioactivos ou outros subprodutos.
(dr) C. Bickel / Science / IPP
Reator de fusão nuclear Stellarator Wendelstein 7-X
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 reacção.
E isso é um grande ‘se’, porque os cientistas têm trabalhado no problema há mais de 60 anos, e ainda não conseguiram fazê-lo.
O principal desafio é que, para 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 se pode imaginar, isso não é fácil. Mas há vários projectos de reactores de fusão nuclear em operação em todo o mundo neste momento, 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 eléctrica – da qual os tokamaks tradicionais dependem – o que os torna mais estáveis, porque podem continuar a funcionar mesmo que a corrente interna seja interrompida.
Bem, essa é pelo menos a ideia do projecto.
Apesar de a máquina ter controlado com sucesso o plasma de hélio em dezembro do ano passado, e de ter depois, em fevereiro, controlado o plasma de hidrogênio, mais desafiador, ninguém tinha até agora provado que o campo magnético estava realmente a funcionar como devia.
Para o fazer, uma equipa de investigadores do Departamento de Energia, dos EUA, e do Instituto Max Planck de Física de Plasma, na Alemanha, enviaram um feixe de electrões ao longo das linhas de campo magnético do reactor.
(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, os cientistas percorreram essas linhas e criaram uma luz com o formato dos campos. O resultado, que se pode ver na imagem acima, mostra o tipo exacto 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 não tem na realidade como objectivo gerar desde já electricidade de fusão nuclear – é simplesmente uma prova de conceito para mostrar que a ideia pode funcionar.
Em 2019, o reactor começará a usar deutério em vez de hidrogénio para produzir reacções 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 só a próxima geração de stellerators superará, espera-se.
“A tarefa acaba de começar”, explicam os investigadores.
O W 7-X está a competir oficialmente 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 trazer-nos 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.
ZAP / HypeScience
“Em 2019, o reactor começará a usar deutério em vez de hidrogénio (…)”. Grande gafe científica! Deutério é um isótopo do hidrogénio, logo, é hidrogénio também. O hidrogénio tem três isótopos naturais: o prótio (núcleo constituído apenas por um protão), o deutério (núcleo constituído por um protão e um neutrão) e o trício ou trítio (núcleo constituído por um protão e dois neutrões). O deutério, quando combinado com o oxigénio, segundo a fórmula H2O, origina o que se designa por água pesada porque o núcleo do hidrogénio, tendo o formato deutério, é mais pesado do que o prótio por ter mais um neutrão no seu núcleo. A água do mar é rica em moléculas com este formato. Para efectuar a fusão do hidrogénio utiliza-se o deutério porque dois núcleos ao fundirem-se originam um núcleo de átomo de hélio e muita energia segundo a famosa fórmula de Einstein E=mc2 (onde E é energia, c2 é o quadrado da velocidade da luz e m é a diferença entre a massa de um conjunto de dois núcleos de deutério e a massa de um núcleo de hélio). A energia é muito grande, apesar da diferença de massa ser pequena, devido ao enorme tamanho do número c2.