Como um forno de micro-ondas pode ajudar a domar a fusão nuclear

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/08/2024

Representação metafórica de um sistema de aquecimento por micro-ondas do plasma de um tokamak.
[Imagem: Gerado por IA/DALL-E]

Aquecer o plasma

Embora técnicas alternativas para a fusão nuclear estejam despontando e mostrando resultados promissores, os tradicionais tokamaks ainda são a maioria dos aparatos experimentais que tentam domar essa fonte de energia limpa e quase inesgotável.

E, depois de décadas de pesquisas e aperfeiçoamentos, uma equipe do Japão e dos EUA acaba de descobrir que, na verdade, os tokamaks podem ser muito mais simples e menores do que tudo o que se fez até agora.

Posto igualmente de maneira simples, é como se uma grande resistência, similar às usadas nos fornos elétricos, fosse retirada de dentro da estrutura do tokamak, e ele fosse colocado dentro de um forno de micro-ondas.

Masayuki Ono e seus colegas estão propondo um projeto para uma planta-piloto de fusão esférica compacta que aquece o plasma usando apenas micro-ondas. Assim como é mais fácil projetar uma cozinha menor se ela tiver menos eletrodomésticos, será mais simples e mais barato fazer um tokamak compacto se ele tiver menos sistemas de aquecimento.

A ideia é substituir esse sistema por girotrons, os dispositivos usados para produzir micro-ondas. A grande vantagem é que os girotrons ficarão do lado de fora do tokamak, apontados para seu núcleo. À medida que os girotrons emitem ondas rumo ao plasma, eles geram uma corrente por movimentar partículas carregadas negativamente, ou elétrons. Este processo, conhecido como acionamento de corrente cíclotron de elétrons (ECCD), aciona uma corrente e aquece o plasma.

Existem várias abordagens na tentativa de chegar à fusão nuclear sustentada, como a mais famosa fusão inercial a laser, que vem batendo todos os recordes até agora, a fusão magneto-inercial, o reator SPARC do MIT, o reator de fusão privado Trenta e até o bizarro reator Wendelstein 7-X, que aparece na imagem.
[Imagem: IPP]

Tokamak dentro de um micro-ondas

Normalmente os tokamaks esféricos usam uma enorme bobina de fios de cobre, chamada solenoide, localizada perto do centro do recipiente, para aquecer o plasma. Outra abordagem consiste na injeção de um feixe neutro, que envolve a aplicação de feixes de partículas sem carga, que aquecem o plasma.

Nenhuma dessas técnicas de aquecimento ôhmico, o mesmo aquecimento que ocorre em uma torradeira, é ideal, complicando a engenharia do projeto. A nova abordagem elimina esse mecanismo de aquecimento, tirando todo o seu aparato do interior do tokamak.

"Um tokamak compacto e esférico se parece com uma maçã sem caroço, com um núcleo relativamente pequeno, então não há espaço para uma bobina de aquecimento ôhmica," detalhou Ono, do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL), nos EUA. "Se não tivermos que incluir uma bobina de aquecimento ôhmica, provavelmente poderemos projetar uma máquina que seja mais fácil e barata de construir."

O maior trabalho para viabilizar a abordagem de aquecimento por micro-ondas consistiu no cálculo exato do ângulo em que os girotrons precisarão ficar apontados para o núcleo, o que é essencial para que as micro-ondas penetrem adequadamente no plasma.

"Além disso, você precisa tentar evitar que a energia que você está colocando no plasma volte," disse Jack Berkery, membro da equipe. Isso pode acontecer quando as micro-ondas entram no plasma ou quando elas são refletidas de volta sem alterar a corrente ou a temperatura do plasma. "Tivemos que fazer uma série de varreduras de diferentes parâmetros para encontrar a melhor solução."

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