Reator de fusão KSTAR, o «Sol artificial» da Coreia, mantém plasma durante quase 50 segundos

As melhorias introduzidas no reator de fusão do «Sol artificial» da Coreia produziram mais um resultado recorde. Graças aos novos componentes, capazes de resistir melhor a temperaturas abrasadoras, foi possível manter durante quase 50 segundos uma esfera turbulenta de plasma a 100 milhões de graus.

O Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) aproximou-se assim de um avanço de 20 segundos face às suas marcas anteriores. Nos últimos anos, este reator tem sucessivamente superado os próprios recordes de duração na criação e confinamento de plasma extremamente quente no interior da sua estrutura em forma de anel.

A 100 milhões de graus Celsius, os isótopos pesados de hidrogénio presentes no plasma - uma nuvem quente de gás ionizado - são forçados a fundir-se e libertam energia «de forma semelhante ao que acontece no núcleo do Sol». Porém, o grande obstáculo da fusão nuclear, uma tecnologia que promete energia mais limpa e praticamente ilimitada, continua a ser conter este anel instável de plasma com campos magnéticos.

O resultado mais recente do KSTAR é relevante por enfrentar alguns dos desafios centrais no caminho para a energia de fusão, embora outros reatores de fusão baseados na mesma tecnologia já tenham levado estes limites mais longe.

Ao testar os novos componentes, o KSTAR está também a preparar o terreno para o Reator Termonuclear Experimental Internacional (ITER), que poderá tornar-se o maior reator de fusão tokamak do mundo, caso consiga ultrapassar os derrapagens orçamentais e os obstáculos técnicos.

Novo divertor de tungsténio do reator de fusão KSTAR

O novo recorde do KSTAR, anunciado na semana passada pelo Instituto Coreano de Energia de Fusão (KFE), resulta das alterações feitas em 2023 ao divertor do reator. Este componente suporta as temperaturas mais elevadas no interior da instalação e encaminha os produtos residuais para fora.

O divertor do KSTAR passou a ser fabricado em tungsténio, um material com um ponto de fusão muito elevado. Ao contrário dos divertores anteriores, à base de carbono, não absorve o combustível de plasma como uma esponja nem reage com ele.

A instalação dos novos divertores terminou no ano passado e ajudou a elevar o tempo recorde de fusão do KSTAR para 48 segundos na mais recente campanha de três meses. Em 2021, o máximo tinha sido de meio minuto.

«Apesar de ter sido a primeira experiência realizada no ambiente dos novos divertores de tungsténio, os testes rigorosos ao equipamento e a preparação da campanha permitiram-nos alcançar, num curto período, resultados superiores aos dos anteriores recordes do KSTAR», explicou Si-Woo Yoon, diretor do Centro de Investigação KSTAR, num comunicado.

Ainda assim, era necessário demonstrar o desempenho do divertor a temperaturas sete vezes superiores às do Sol; o êxito não estava, de modo algum, garantido.

Os investigadores do KFE previam que o componente funcionasse de forma semelhante a um divertor de carbono, mas existia o risco de o tungsténio se partir ou de a nova configuração não conseguir gerar plasma. Não tinha mudado apenas o material do divertor: a sua forma também era diferente.

«No início da campanha, a temperatura da parede interna do tokamak não aumentava bem», afirma o físico do KFE Hyunseok Kim. No entanto, os investigadores conseguiram adaptar-se rapidamente às novas condições de funcionamento e controlar o plasma com campos magnéticos.

Confinamento do plasma em modo H

O divertor de tungsténio não foi a única melhoria a contribuir para o melhor desempenho do KSTAR. Num artigo publicado em fevereiro na Nature Communications, investigadores do KFE, em colaboração com o Laboratório de Física de Plasma de Princeton do Departamento de Energia dos EUA, descreveram como encontraram uma forma de estabilizar fragilidades na periferia do plasma. Essas fragilidades eram provocadas por defeitos minúsculos nas bobinas magnéticas que mantêm o plasma no lugar.

A melhoria permitiu alcançar um segundo marco: conter o plasma durante 102 segundos num estado altamente eficiente designado por confinamento elevado, ou «modo H». As tentativas anteriores limitavam-se a poucos segundos antes de o desempenho cair acentuadamente.

Idealmente, uma central de energia de fusão plenamente operacional funcionaria em modo H, a temperaturas críticas, durante tempo suficiente para produzir uma fonte de energia sustentável. Estes resultados representam um passo monumental para atingir esse objetivo.

Hyeon-seon Han, física de plasma da Equipa de Investigação de Cenários de Alto Desempenho do KFE, afirma que a equipa está a analisar este mais recente conjunto de dados experimentais, que contribuirá para os preparativos do ITER. Os investigadores estão também a organizar os resultados para publicação e a planear a campanha seguinte.

Han espera que, em breve, possam ultrapassar a barreira dos 50 segundos, rumo ao objetivo final do projeto: alcançar 300 segundos de funcionamento do plasma a temperaturas superiores a 100 milhões de graus até ao final de 2026.

Este objetivo corresponde a seis vezes o recorde atual do KSTAR, mas continua a ficar vários minutos abaixo do reator Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) da China. Em abril do ano passado, o EAST já conseguia gerar e manter plasma durante quase sete minutos.

Contudo, alimentar reatores de fusão e produzir reações de plasma, mesmo durante apenas alguns segundos, exige quantidades enormes de energia. Por isso, a capacidade de gerar energia limpa e abundante permanece a várias décadas de distância.