Um recorde de fusão nuclear de 24 anos desmoronou. Cientistas do Joint European Torus (JET) perto de Oxford, Reino Unido, anunciaram em 9 de fevereiro que haviam gerado a maior energia sustentada de todos os tempos a partir da fusão de átomos, mais do que dobrando seu próprio recorde de experimentos realizados em 1997.
“Esses resultados marcantes nos levaram um grande passo mais perto de conquistar um dos maiores desafios científicos e de engenharia de todos eles”, disse Ian Chapman, que lidera o Culham Center for Fusion Energy (CCFE), onde o JET está sediado, em um comunicado. . O JET é de propriedade da Autoridade de Energia Atômica do Reino Unido, mas suas operações científicas são administradas por uma colaboração europeia chamada
Se os pesquisadores puderem aproveitar a fusão nuclear – o processo que alimenta o Sol – ela promete fornecer uma fonte quase ilimitada de energia limpa. Mas até agora nenhum experimento gerou mais energia do que colocou. Os resultados do JET não mudam isso, mas eles sugerem que um projeto de reator de fusão que usa a mesma tecnologia e mistura de combustível - o ambicioso ITER de US$ 22 bilhões, programado para iniciar os experimentos de fusão em 2025 - deve eventualmente ser capaz de atingir esse objetivo.
“A JET realmente alcançou o que foi previsto. A mesma modelagem agora diz que o ITER funcionará”, diz a física de fusão Josefine Proll, da Eindhoven University of Technology, na Holanda, que não esteve envolvida na pesquisa do JET. “É um sinal muito, muito bom e estou animado.”
Duas décadas de trabalho
Os experimentos - o culminar de quase duas décadas de trabalho - são importantes para ajudar os cientistas a prever como o ITER se comportará e orientará suas configurações operacionais, diz Anne White, física de plasma do Instituto de Tecnologia de Massachusetts em Cambridge que trabalha em tokamaks. reatores como JET que têm uma forma de rosquinha. “Tenho certeza de que não estou sozinho na comunidade de fusão em querer parabenizar a equipe JET.” EUROfusion.
JET e ITER usam campos magnéticos para confinar o plasma, um gás superaquecido de isótopos de hidrogênio, no tokamak. Sob calor e pressão, os isótopos de hidrogênio se fundem em hélio, liberando energia como nêutrons.
Para bater o recorde de energia, a JET usou uma mistura de combustível de trítio, a mesma que vai alimentar o ITER , que está sendo construído no sul da França. O trítio é um isótopo raro e radioativo de hidrogênio que, ao se fundir com deutério, produz muito mais nêutrons do que as reações de deutério sozinhas. Isso aumenta a produção de energia, mas o uso desse combustível exigiu que o JET passasse por mais de dois anos de renovação para preparar a máquina para o ataque. O trítio foi usado pela última vez em um experimento de fusão tokamak quando o JET estabeleceu o recorde anterior de energia de fusão em 1997.
O JET continha dois tipos de hidrogênio pesado, deutério e trítio, em experimentos de fusão realizados no ano passado. Crédito: consórcio EUROfusion
Em um experimento em 21 de dezembro de 2021, o tokamak do JET produziu 59 megajoules de energia em um 'pulso' de fusão de cinco segundos, mais que o dobro dos 21,7 megajoules liberados em 1997 em cerca de quatro segundos. Embora o experimento de 1997 ainda mantenha o recorde de 'potência de pico', foi mais de uma fração de segundo e sua potência média era menos da metade da atual, diz Fernanda Rimini, cientista de plasma do CCFE que supervisionou o experimento experimental mais recente. campanha. A melhoria levou 20 anos de otimização experimental, bem como atualizações de hardware que incluíram a substituição da parede interna do tokamak para desperdiçar menos combustível, diz ela.
Relação de potência
Produzir a energia durante alguns segundos é essencial para entender o aquecimento, resfriamento e movimento que acontece dentro do plasma que será crucial para executar o ITER, diz Rimini.
Cinco segundos “é um grande negócio”, acrescenta Proll, que trabalha em um projeto alternativo de reator de fusão chamado stellarator. “É realmente impressionante.”
No ano passado, a Instalação Nacional de Ignição do Departamento de Energia dos EUA estabeleceu um recorde de fusão diferente - usou tecnologia a laser para produzir a maior potência de fusão em relação à potência de entrada, um valor chamado Q. A instalação produziu um Q de 0,7, onde 1 seria breakeven — um marco para a fusão a laser que bateu o recorde do JET em 1997. Mas o evento durou pouco, produzindo apenas 1,9 megajoules em menos de 4 bilionésimos de segundo.
O experimento mais recente do JET sustentou um valor Q de 0,33 por cinco segundos, diz Rimini. Com um décimo do volume, o JET é uma versão reduzida do ITER – uma banheira comparada a uma piscina, diz Proll, e porque perde calor mais facilmente, nunca se esperava que atingisse o ponto de equilíbrio. Se os engenheiros aplicassem as mesmas condições e abordagem física ao ITER, ela diz, provavelmente atingiria sua meta de Q de 10, produzindo dez vezes a energia aplicada.
Os pesquisadores de fusão estão longe de ter todas as respostas. Um desafio remanescente, por exemplo, é lidar com o calor gerado na região de exaustão do reator ITER, que aumentará em área em relação ao JET, mas não proporcionalmente ao aumento de potência com o qual terá que lidar. A pesquisa está em andamento para descobrir qual projeto resistiria melhor ao calor, mas eles ainda não estão lá, diz Proll.
A corrida recorde aconteceu no último dia de uma campanha de cinco meses da qual Rimini diz que os cientistas coletaram uma riqueza de informações que analisarão nos próximos anos. O experimento final levou o dispositivo ao seu “máximo absoluto”, acrescenta Rimini, que testemunhou o teste recorde em tempo real. “Nós não pulamos para cima e para baixo e nos abraçamos – estávamos a 2 metros de distância – mas foi muito emocionante.”
