O poder da energia de fusão pode finalmente ser liberado graças a uma nova atualização de física

No mundo das energias renováveis, talvez não haja objetivo mais ambicioso do que a energia de fusão. Isso envolve a fusão de átomos de hidrogênio para formar hélio – um processo que gera uma quantidade inválida de energia como resultado. É uma reação que acontece a cada momento no sol, mas replicá-la na Terra é um processo tedioso e raro. No entanto, se formos bem-sucedidos, teremos acesso a uma fonte limpa de eletricidade renovável que atende às nossas crescentes necessidades energéticas.

Para isso, os pesquisadores estão perseguindo um fenômeno chamado “ignição”, que é quando um reator de fusão gera mais energia do que o necessário para criar a reação inicial. Algumas tentativas importantes estão em andamento para atingir esse objetivo, incluindo o Reator Experimental Termonuclear Internacional (ITER) na França. Esse esforço usa ímãs poderosos em uma máquina chamada tokamak para criar plasma superaquecido criado usando combustível de hidrogênio.

Mas aqui está o problema: há tanto combustível de hidrogênio que você pode colocar em um tokamak antes que tudo comece a dar errado.

“Uma das limitações na produção de plasma dentro de um tokamak é a quantidade de combustível de hidrogênio que você pode injetar nele”, disse Paolo Ricci, pesquisador do Swiss Plasma Center. Ele disse em um comunicado de imprensa. “Desde os primeiros dias da fusão, sabemos que se você tentar aumentar a densidade do combustível, em algum momento haverá o que chamamos de ‘turbulência’ – você basicamente perde completamente o aprisionamento, e o plasma vai para onde isto é.”

Para resolver esse problema, os cientistas começaram a procurar equações diferentes para medir a quantidade máxima de hidrogênio que você pode colocar dentro do tokamak antes do intervalo. Uma das leis que aderiu a ele e se tornou um pilar no mundo da pesquisa de fusão é conhecida como “Limite de Greenwald”, que afirma que a quantidade de combustível que um tokamak pode usar está diretamente relacionada ao raio da máquina. Os pesquisadores por trás do ITER até construíram seus dispositivos com base nessa lei.

Mas, mesmo o limite de Greenwald não era perfeito.

“O limite de Greenwald é o que chamamos de lei ou limite ‘experimental’, o que basicamente significa que é como uma regra geral baseada em observações feitas em experimentos anteriores”, disse Alex Zilstra, físico experimental do Lawrence Livermore National Laboratory, na Califórnia, ao The New York Times. Besta Diária no e-mail. “Eles são muito úteis, mas sempre precisamos ter cuidado ao aplicá-los fora das circunstâncias em que temos dados de ensaios”.

É por isso que Ritchie e sua equipe desafiaram essa firme crença na novo papel Publicado em 6 de maio na revista Cartas de revisão física. Nele, eles levantaram a hipótese de que o limite de Greenwald poderia de fato ser aumentado em quase o dobro – quase o dobro da quantidade de combustível de hidrogênio que entraria em um tokamak para produzir plasma. Suas descobertas podem lançar as bases para futuros reatores de fusão como o DEMO – um sucessor do reator ITER atualmente em desenvolvimento – para finalmente alcançar a ignição.

“Isso é importante porque mostra que a intensidade que você pode alcançar em um tokamak aumenta com a potência necessária para executá-lo”, disse Ritchie. “Na verdade, o DEMO operará com uma potência muito maior do que os tokamaks atuais e o ITER, o que significa que você pode adicionar mais densidade de combustível sem reduzir a produção, ao contrário da Lei de Greenwald. E isso é uma notícia muito boa.”

Zylstra acha que a descoberta da equipe é importante porque esclarece por que os reatores de fusão também têm limites. Ele também afirma que projetos de tokamak como ITER ou DEMO podem ser “menos restritivos do que se pensava anteriormente”. Com o dobro da densidade de combustível, isso pode melhorar drasticamente a potência do tokamak – e finalmente nos fazer acender.

“A fusão é um problema muito desafiador – tanto cientificamente quanto tecnologicamente falando, e tornar o poder da fusão uma realidade requer muitos avanços passo a passo de cada vez”, acrescentou Zilstra. “Se este estudo for validado ainda mais, especialmente em máquinas como o ITER, certamente ajudará a comunidade de fusão magnética a projetar e melhorar projetos futuros para instalações experimentais e geração de energia”.