Uma vista do reator ARC. Graças a poderosa nova tecnologia do ímã,
o (muito menor) reator ARC é mais barato e deverá entregar a mesma potência de um
reator muito maior. Ilustração: MIT ARC
É uma velha piada que
muitos cientistas de fusão estão cansados de ouvir: usinas práticas de fusão
nuclear estão há apenas 30 anos de distância - e sempre estarão.
Mas agora,
finalmente, a piada já não pode ser verdade: avanços na tecnologia de ímã
permitiram pesquisadores do MIT propor um novo e compacto reator
de fusão Tokamak - e é algo que pode ser feito em menos de uma década, dizem
eles. A era da energia de fusão que pode oferecer uma fonte quase inesgotável
de energia, pode estar chegando perto.
Os pesquisadores
usaram fitas supercondutoras com materiais de alta temperatura crítica disponíveis
comercialmente, a fim de produzir bobinas capazes de gerar altos campos
magnéticos.
O campo magnético
mais forte faz com que seja possível produzir o confinamento magnético do
plasma superquente - isto é, o material de uma reação de fusão - mas num
dispositivo muito menor do que os anteriormente imaginados. A redução no
tamanho, por sua vez, faz todo o sistema mais barato e mais rápido de
construir, e também permite algumas novas funcionalidades engenhosas no projeto
da usina.
Usina protótipo
O novo reator é projetado para a pesquisa básica
sobre fusão e também como uma usina protótipo que poderia produzir energia
significativa. O conceito básico do reator e seus elementos associados são baseados
em princípios bem testados e comprovados, desenvolvidos ao longo de décadas de
pesquisa no MIT e em todo o mundo, diz a
equipe.
Fusão é a mesma reação
nuclear que alimenta o sol, onde pares de átomos de hidrogênio formam o gás
hélio resultando em enormes liberações de energia. A parte mais difícil é confinar
o plasma superquente - uma forma de gás eletricamente carregado - enquanto se
aquece a temperaturas mais altas do que os núcleos de estrelas. Este é o lugar
onde os campos magnéticos são tão importantes, eles efetivamente prender o
calor e as partículas no centro quente do dispositivo.
Enquanto a maioria
das características de um sistema tende a variar proporcionalmente às mudanças
nas dimensões, o efeito das variações no campo magnético em reações de fusão é
muito mais extremo: o aumento na capacidade da fusão
varia de acordo com a quarta potência do aumento no campo magnético. Assim, a
duplicação do campo iria produzir um aumento de 16
vezes na potência da fusão. “Qualquer aumento do campo magnético resulta em uma grande
vitória”, diz Sörbom.
Dez vezes mais capacidade
Enquanto os novos
supercondutores não produzem a duplicação da intensidade do campo, eles são
fortes o suficiente para aumentar o poder de fusão por um fator de 10 comparado
à tecnologia de supercondutores padrão, diz Sörbom. Esta melhoria
dramática leva a um grande potencial de melhorias no reator.
O mais poderoso
reator de fusão é o ITER que está em
construção na França, deverá custar cerca de US $ 40 bilhões. Sörbom e a equipe do MIT estimam que o novo projeto com metade do
diâmetro do ITER (concebido antes dos novos
supercondutores tornarem-se disponível), teria a mesma capacidade com uma
fração do custo e em um tempo de construção mais curto.
Mas, apesar da
diferença de tamanho e força do campo magnético, o reator proposto, chamado
ARC, é baseado “exatamente
na mesma física”, como o ITER, afirma
Dennis Whyte,
professor de engenharia nuclear. “Nós não estamos extrapolando nenhum regime novinho em folha”,
acrescenta.
Outro avanço chave no
novo design é um método para a remoção do núcleo energético de fusão a partir
do reator em forma de anel, sem ter de desmontar o dispositivo inteiro. Isso
faz com que seja adequado para a investigação que visa melhorar ainda mais o
sistema usando diferentes materiais ou modelos para ajustar o desempenho.
Além disso, assim como
no ITER, os novos ímãs supercondutores
permitiriam ao reator operar de maneira sustentada, produzindo uma saída de
potência constante, ao contrário dos reatores experimentais atuais, que só podem
funcionar durante alguns segundos de cada vez, sem sobreaquecimento nas bobinas
de cobre.
Proteção líquida
Outra vantagem importante é que a maioria dos
materiais sólidos de cobertura utilizados para rodear a câmara de fusão em tais
reatores são substituídos por um material líquido que pode ser facilmente distribuído
e substituído, eliminando a necessidade de procedimentos dispendiosos de
substituição como os materiais que degradam ao longo do tempo.
“É um ambiente extremamente severo para materiais
sólidos”, diz Whyte, então
substituir os materiais com um líquido poderia ser uma grande vantagem.
Agora, como
projetado, o reator deve ser capaz de produzir cerca de três vezes mais
eletricidade do que é necessário para mantê-lo funcionando, mas o projeto
provavelmente poderia ser melhorado para aumentar essa proporção para cerca de
cinco ou seis vezes, diz Sörbom.
Até agora, nenhum reator de fusão produziu tanta energia quanto ele consome, de
modo que este tipo de produção de energia líquida seria um grande avanço na
tecnologia da fusão, diz a equipe.
O projeto poderia
produzir um reator que iria fornecer eletricidade para cerca de 100.000
pessoas, dizem eles. Aparelhos de complexidade e dimensões semelhantes serão
construídos dentro de cerca de cinco anos, dizem eles.
“A energia de fusão será a fonte de energia
elétrica mais importante da Terra no século 22, mas precisamos disso muito mais
cedo para evitar o catastrófico aquecimento global”, diz David Kingham, CEO da Tokamak Energy do Reino Unido, que
não estava relacionada com esta pesquisa. “Este trabalho mostra uma boa maneira de fazer progressos
mais rápidos”, diz ele.
Sobre a pesquisa do
MIT, Kingham diz: “O trabalho é de qualidade
excepcional. O próximo passo seria refinar o projeto e trabalhar mais detalhes
de engenharia, mas o trabalho já deve chamar a atenção dos políticos, filantropos
e investidores privados”.
