A Alemanha ligou o seu reactor de fusão nuclear (e correu bem)


Foi recentemente ligado, na Alemanha, um inovador reactor de fusão nuclear chamado Wendelstein 7-X. Trata-se de um passo enorme naquela que promete ser a fonte de energia ideal.

O anúncio foi feito pelo Instituto Max Planck de Física de Plasmas, que se encontra a trabalhar na máquina há quase 10 anos, e assinalou o evento no Twitter com a publicação da seguinte fotografia do reactor em funcionamento.

Este reactor de fusão nuclear é completamente diferente dos reactores de energia nuclear que existem actualmente. Porquê?

É necessário fazer a distinção entre fusão nuclear e fissão nuclear, dois métodos muito diferentes de obter energia nuclear.

A fissão nuclear, que existe actualmente em abundância, consiste em fracturar átomos grandes como o urânio e o plutónio em partes mais pequenas. O átomo passa assim de uma configuração mais energética, pois é necessária mais energia para manter um átomo grande unido, para vários átomos “filhos” mais pequenos, libertando a energia em excesso.

A fissura destes átomos grandes pode ocorrer de muitas formas, é como partir um copo, à partida não é possível saber quantos fragmentos irão subsistir. Uma coisa é certa, os fragmentos que formam os resíduos da fissão nuclear são eles próprios radioactivos, e a sua criação é o principal aspecto negativo desta fonte de energia.

Já a fusão nuclear não tem nenhum destes aspectos negativos. É a fonte de energia das estrelas, com a qual os cientistas sonham há quase um século.

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Ao contrário da fissão, a fusão nuclear gera energia através da junção de dois átomos pequenos para formar um átomo maior. Isto porque na outra ponta do espectro, dois átomos pequenos separados contêm mais energia que um só átomo com o dobro do tamanho. Ou seja, se se conseguir juntar dois átomos pequenos de maneira a formar um maior, é libertada energia.

Contudo, juntar dois átomos pequenos o suficiente para que estes se fundam é extremamente complicado porque os núcleos têm carga elétrica positiva e repelem-se. Nas estrelas isto não é um problema, pois têm uma enorme densidade de combustível no seu núcleo, sujeita a pressões de tal ordem, que a fusão acontece sem problemas. No entanto são condições que obviamente não podemos recriar aqui na Terra.

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A solução passa por aquecer o combustível a temperaturas entre seis a sete vezes mais quentes que o centro do Sol, uns incríveis 100 milhões de graus Celsius. Escusado será dizer que não há material algum que aguente estas temperaturas, razão pela qual o combustível, que a estas temperaturas se encontra sob forma de plasma, tem de ser contido por campos magnéticos incrivelmente fortes.

Existem várias abordagens a este problema das quais se destacam duas, o tokamak e o stellarator. São ambas máquinas em forma de donut dentro da qual o plasma anda em círculos, confinado por campos magnéticos, diferindo entre si na forma como como atingem o tal confinamento.

O tokamak utiliza a indução de correntes eléctricas no próprio plasma para criar o confinamento magnético, o que simplifica muito o problema mas limita o tempo de operação destes dispositivos a alguns minutos. O que dificulta a obtenção de fusão nuclear sustentável.

O maior exemplar de um tokamak é o ITER, com cinco andares de altura, que está a ser actualmente construído em França e espera-se que produza energia antes de 2030.

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Já o stellarator não está dependente dessa indução, mas necessita de gerar campos magnéticos com geometrias muito mais complexas. É por este motivo que as bobinas supercondutoras que criam o campo magnético do Wendelstein 7-X têm uma forma tão estranha, pois foram geradas por um supercomputador através de simulações.

O Wendelstein 7-X é agora o maior exemplar de um stellarator, com 16 metros de largura, e irá ser capaz de suster o plasma por cerca de 30 minutos, e possivelmente comprovar as vantagens do seu design, mas por enquanto susteve apenas um miligrama de hélio sob forma de plasma durante um décimo de segundo.

No comunicado do instituto Max Plank, o Professor Thomas Klinger explica que “estamos a começar com um plasma produzido a partir de um gás nobre. Só iremos mudar para o objecto de estudo do projecto de investigação, o plasma de hidrogénio, a partir do próximo ano”. Justificando esta opção “porque é mais fácil atingir o estado de plasma com hélio. Adicionalmente, isto permite-nos limpar a superfície da câmara de plasma com o plasma de hélio”.

Este reactor não irá ser usado para produzir energia, mas apenas para estudar as propriedades deste tipo de reactor. Se tudo correr bem, esta informação irá ser mais tarde utilizada para a construção de um protótipo de um stellarator produtor de energia, à semelhança do ITER para os tokamaks.