Um reator de fusão no sul de França, denominado WEST, atingiu um marco relevante que aproxima a humanidade de uma fonte de energia limpa, sustentável e praticamente ilimitada.
Cientistas do Laboratório de Física de Plasma de Princeton, em Nova Jérsia, que colaboraram no projeto, anunciaram hoje que o equipamento produziu um plasma - matéria a temperaturas extremas - que chegou aos 50 milhões de graus Celsius (90 milhões de graus Fahrenheit) durante 6 minutos consecutivos.
O objetivo final passa por manter um plasma sobreaquecido durante muitas horas, mas os 6 minutos representam um novo recorde mundial para um dispositivo como o WEST. Outros reatores nucleares semelhantes ao WEST já produziram plasmas mais quentes, embora não os tenham conseguido manter durante tanto tempo.
O WEST é um tokamak: um reator de fusão em forma de anel, com dimensões semelhantes às de uma sala de 2,4 por 2,4 metros e um teto com 2,4 metros de altura. Pode gerar o mesmo tipo de energia que alimenta o Sol, razão pela qual estas máquinas são por vezes chamadas de "sóis artificiais".
"O que estamos a tentar fazer é criar um Sol na Terra", disse Luis Delgado-Aparicio, diretor de projetos avançados do PPPL, à Business Insider. "E isso é extremamente, extremamente difícil", afirmou, embora este novo recorde indique que a equipa segue na direção certa.
O Sol funciona através da fusão nuclear - processo em que os núcleos atómicos se unem e libertam energia -, que não deve ser confundida com a fissão nuclear, em que os núcleos atómicos se dividem e libertam energia, o processo que alimenta os reatores nucleares atuais.
A energia de fusão é mais potente do que qualquer forma de energia atualmente disponível. Caso seja possível aproveitá-la, poderá gerar quase 4 milhões de vezes mais energia por quilograma de combustível do que os combustíveis fósseis. Além disso, não emite carbono.
Ainda existem obstáculos significativos antes de esse cenário se tornar realidade, e é precisamente aí que entram reatores experimentais como o WEST.
Embora o WEST não seja usado para produzir fusão destinada a fornecer eletricidade às casas, tem um papel crucial na investigação que prepara o caminho para futuros reatores comerciais.
O WEST produz mais energia e prepara o ITER
O WEST partilha muitas características com o ITER, um reator próximo que está a ser construído no sul de França. Quando estiver concluído, será o maior tokamak do mundo capaz de manter plasmas em combustão autossustentada. Criar essa mistura que se autoaquece é uma etapa essencial para explorar comercialmente a energia de fusão.
Contudo, devido a dificuldades relacionadas com custos e tecnologia, não é claro quando o ITER estará concluído. Entretanto, outras instalações realizam experiências para determinar a melhor forma de operar este reator gigante, incluindo o WEST.
Os dois reatores são praticamente vizinhos, afirmou Delgado-Aparicio, e as experiências realizadas no WEST têm aplicação direta no ITER.
O desafio de sustentar o plasma de fusão
Para que a fusão ocorra na Terra, o combustível tem de atingir pelo menos 50 milhões de graus Celsius. Um dos principais entraves à energia de fusão é a enorme quantidade de energia necessária para gerar temperaturas tão extremas. Até agora, os reatores não conseguem sustentar um plasma tempo suficiente para obter um excedente energético que possa ser aproveitado comercialmente. Por enquanto, os reatores de fusão tendem, por isso, a consumir mais energia do que aquela que produzem.
O mais recente avanço do WEST não foi uma exceção. Ainda assim, produziu 15 por cento mais energia de fusão do que em tentativas anteriores, segundo um comunicado do PPPL. Além disso, o plasma era duas vezes mais denso, outra componente importante para gerar mais energia.
A chave para o recorde do WEST: o tungsténio
O WEST ajuda os cientistas a testar os melhores materiais para construir as paredes internas de um reator de fusão, uma tarefa complexa porque estes ambientes podem atingir temperaturas superiores a três vezes as do centro do Sol.
Inicialmente, o WEST tinha paredes de carbono. Embora o carbono seja fácil de trabalhar, explicou Delgado-Aparicio, também absorve trítio, um isótopo raro de hidrogénio que alimenta a reação de fusão.
"Imagine que tem uma parede que não é apenas uma parede, mas uma espécie de esponja", disse. "Uma esponja que absorve o seu combustível."
Por isso, em 2012, os cientistas decidiram testar um material diferente para as paredes do tokamak: o tungsténio, o mesmo material que o ITER utilizará em alguns dos seus principais componentes.
Devido à capacidade do tungsténio para resistir ao calor sem absorver trítio, Delgado-Aparicio considera-o o material ideal para as paredes dos tokamaks.
Ainda assim, o tungsténio não é perfeito. Uma das suas desvantagens é poder derreter e entrar no plasma, contaminando-o. Isto pode, por sua vez, contrariar o processo, irradiando muita energia para fora e arrefecendo o plasma.
Assim, para otimizar o sistema, os cientistas precisam de compreender exatamente como o tungsténio se comporta e interage com o plasma. É esse o trabalho que os investigadores desenvolvem no WEST.
A equipa do PPPL, por exemplo, adaptou uma ferramenta de diagnóstico utilizada nesta experiência mais recente no WEST. O instrumento permitiu medir com precisão a temperatura do plasma, ajudando a compreender melhor como o tungsténio migra da parede do equipamento para o plasma.
"Conseguimos detetar como se move no interior, podemos segui-lo, podemos estudar o seu transporte dentro da máquina", afirmou Delgadot-Aparicio, algo que poderá ajudar a desenvolver métodos futuros para manter o plasma livre de impurezas, como aglomerados de tungsténio que o arrefecem.
"Agora compreendemos como esse arrefecimento precisa de ser tratado", afirmou, "e essa experiência será exportada para o ITER, mesmo ao lado."
Outros reatores que utilizam tungsténio
O WEST e o ITER não são os únicos reatores a recorrer ao tungsténio.
A Commonwealth Fusion Systems (CFS), por exemplo, está a utilizar paredes de tungsténio no SPARC, o seu reator de fusão de demonstração. Já o KSTAR, da Coreia, possui um divertor de tungsténio e demonstrou recentemente um plasma de 100 milhões de graus durante 30 segundos.
Resta saber se o tungsténio será a chave para desbloquear a energia de fusão comercial.
A energia de fusão comercial continuará provavelmente a várias décadas de distância, mas Delgado-Aparicio considera que estão a ser dados passos rumo a "este grande objetivo de fornecer energia à humanidade".
O PPPL afirmou que publicará os resultados da sua experiência numa revista científica com revisão por pares dentro de algumas semanas.
Este artigo foi originalmente publicado pela Business Insider.
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