Energia

Nova esperança para reator de fusão nuclear: Sólido com veias de hélio

Nova esperança para reator de fusão nuclear: Sólido com veias de hélio
Os canais de hélio poderão salvar a estrutura do material para contenção dos reatores de fusão nuclear. [Imagem: Di Chen et al. - 10.1126/sciadv.aao2710]

Reatores de fusão nuclear

A fusão nuclear é o processo que alimenta as estrelas, e aproveitá-lo na Terra proporcionaria energia limpa virtualmente ilimitada.

No entanto, construir um reator de fusão tem-se mostrado uma tarefa desalentadora, em grande parte porque não existem materiais que consigam sobreviver ao contato com o material em fusão.

Inúmeras equipes ao redor do mundo estão desenvolvendo campos magnéticos ultrafortes para que o plasma não entre em contato com nada, sob pena de começar a derreter tudo - como no ITER e no Wendelstein 7-X.

Agora, Di Chen, da Universidade do Texas, nos EUA, observou um fenômeno nunca antes visto que pode abrir o caminho para a sintetização de materiais que possam sobreviver ao contato com o plasma no interior dos reatores de fusão nuclear.

Bolhas de hélio

O sol produz energia através da fusão de átomos de hidrogênio, cada um com um próton, formando átomos de hélio, que contêm dois prótons. Embora não represente nenhuma ameaça por si só, é justamente o hélio que sai destruindo tudo.

Acontece que, se o hélio for forçado contra um material sólido, ele borbulha de forma muito parecida com as bolhas de dióxido de carbono na água gaseificada. É um processo muito semelhante ao que vem impedindo a criação de materiais para armazenamento de hidrogênio.

"Literalmente, você obtém essas bolhas de hélio dentro do metal que permanecem lá para sempre porque o metal é sólido. À medida que você acumula mais e mais hélio, as bolhas começam a se unir e destruir todo o material," explicou o professor Michael Demkowicz.

Nova esperança para reator de fusão nuclear: Sólido com veias de hélio
Esse reator de fusão nuclear bizarro, que está sendo construído na Alemanha, é uma das tentativas mais avançadas para domar a energia das estrelas. [Imagem: IPP]

Sólidos vascularizados

A novidade é que a equipe descobriu que, ao entrar em contato com materiais compósitos, formados por camadas empilhadas de metais, o hélio não forma bolhas, ele forma longos canais, criando uma estrutura que lembra os vasos sanguíneos em um tecido vivo.

"Nós ficamos maravilhados com o que vimos," disse Demkowicz. "Ao colocar mais e mais hélio dentro desses nanocompósitos, em vez de destruir o material, as veias começam na verdade a se interligar, resultando em um tipo de sistema vascular."

A equipe agora está projetando o aparato para novos experimentos que permitam aplicar o hélio de um lado do material e observar como o "sistema vascular" se aproxima do lado oposto. A expectativa é que os canais se interconectem, permitindo que o hélio saia do outro lado sem comprometer a estrutura do material, mantendo intacto o sistema de contenção do plasma.

Se essas previsões estiverem corretas, não serão apenas os reatores de fusão nuclear que terão a ganhar.

"Eu acredito que o quadro maior aqui são os sólidos vascularizados, que sejam semelhantes a tecidos com sistemas circulatórios. O que mais poderia ser transportado através dessas redes? Talvez calor ou eletricidade ou mesmo produtos químicos que possam ajudar o material a se autocurar," concluiu Demkowicz.

Bibliografia:

Self-organization of helium precipitates into elongated channels within metal nanolayers
Di Chen, Nan Li, Dina Yuryev, J. Kevin Baldwin, Yongqiang Wang, Michael J. Demkowicz
Science Advances
Vol.: 3, no. 11, eaao2710
DOI: 10.1126/sciadv.aao2710




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