Reatores de fusão nuclear produzirão até o dobro de energia com nova descoberta

Reatores de fusão nuclear podem receber muito mais “combustível” do que os cientistas imaginavam. Com simulações e experimentos nos maiores tokamaks do mundo, uma equipe de cientistas demonstrou que é possível utilizar o dobro do hidrogênio “permitido” até então pelo "limite de Greenwald", estabelecido em 1988.

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O limite de Greenwald

Martin Greenwald foi responsável pela publicação de um estudo que correlaciona a densidade do combustível (hidrogênio) ao raio menor dos reatores de fusão nuclear do tipo tokamak e à corrente que flui no plasma. Ele criou uma equação que determina o máximo de gás que podemos adicionar em um reator.

Para obter energia de fusão nuclear, os cientistas precisam confinar um plasma extremamente aquecido dentro de uma estrutura em formato de toro. O raio menor, usado na equação de Greenwald, refere-se ao círculo mais interno desta câmara toroidal.

Caso os cientistas ultrapassem este limite, há chances de ocorrer uma ruptura, isto é, um evento que encerra o confinamento do plasma devido à instabilidade. A temperatura cairá drasticamente e o calor e as partículas são liberados, sendo dispersados através da parede da câmara.

Embora não haja risco de ocorrer algum acidente catastrófico (reatores de fusão nuclear são muito mais seguros que os de fissão nuclear, famosos por desastres como o de Chernobyl), isso causará perda de boa parte da energia armazenada, e também pode produzir danos ao equipamento.

Ou seja, o limite de Greenwald é um princípio fundamental para todos os experimentos que envolvem a geração de energia por fusão nuclear por reatores do tipo tokamak (os do tipo Stellarators, por exemplo, podem exceder o limite por fatores de 2 a 5, ou mais).

O problema é que se houver pouco combustível no reator, haverá pouca produção de energia. Por isso, os autores do novo estudo resolveram testar o limite de Greenwald — especialmente porque o método de Martin Greenwald para estabelecer essa equação foi empírico; isso significa que não se trata de uma lei científica propriamente dita.

Superando o limite

Se o primeiro limite estabelecido foi encontrado de modo empírico, pode ser que outros experimentos encontrem diferentes resultados. Foi isso o que a equipe fez. Por meio de novas simulações, eles descobriram que poderiam usar quase o dobro de combustível.

Não foi uma tarefa fácil, no entanto. A maior dificuldade foi simular a turbulência do plasma quando mais combustível é adicionado. “Isso foi um desafio para simular”, disse Paolo Ricci do Swiss Plasma Center. “A turbulência em um fluido é a questão em aberto mais importante na física clássica. Mas a turbulência no plasma é ainda mais complicada porque você também tem campos eletromagnéticos”.

Apesar das dificuldades, Ricci e seus colegas conseguiram uma nova equação para o limite de combustível do tokamak, a e testaram nos maiores tokamaks do mundo. Mesmo que seja uma derivação da equação anterior, o novo trabalho credita o limite de Greenwald por estar próximo ao resultado.

Agora, tokamaks como o megaprojeto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) poderão usar quase o dobro da quantidade de combustível para produzir plasmas sem preocupações com rupturas. Essa é uma excelente notícia para a tão sonhada energia limpa e segura da fusão nuclear.

O estudo foi publicado na Physical Review Letter.

Fonte: Physical Review Letter; via: Tech Explorist