Ímã mais poderoso do mundo pronto para fusão nuclear

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/06/2021

O primeiro módulo do maior ímã do mundo (esquerda) e sua aparência quando estiver totalmente montado (direita).
[Imagem: General Atomics]

Maior ímã do mundo

O maior ímã do mundo está pronto para seguir rumo ao seu destino, o ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).

Após uma década de projeto e fabricação, a empresa General Atomics divulgou que irá enviar o primeiro módulo do Solenoide Central, o ímã mais poderoso já construído, que se tornará um componente central do ITER, uma máquina projetada para replicar o poder de fusão nuclear que ocorre nas estrelas.

Este experimento de fusão nuclear está sendo erguido na França por uma colaboração de 35 países parceiros: União Europeia (mais Reino Unido e Suíça), China, Índia, Japão, Coreia do Sul, Rússia e Estados Unidos.

Seu objetivo é provar que a energia da fusão do hidrogênio pode ser criada e controlada na Terra. A energia da fusão nuclear não tem os mesmos riscos dos atuais reatores de fissão nuclear, não polui o meio ambiente e tem potencial para suprir a necessidade de energia da sociedade por milhões de anos.

Solenoide Central

O Solenoide Central, o maior dos ímãs do ITER, será composto por seis módulos. Quando totalmente montado, ele terá 18 metros de altura, 4,25 metros de largura e pesará mil toneladas.

Existem propostas alternativas, como a fusão nuclear feita em um equipamento de mesa.
[Imagem: Y. Zhang et al. - 10.1103/PhysRevLett.122.135001]

A força magnética do Solenoide Central é suficiente para levantar um porta-aviões 2 metros no ar. Em seu núcleo, ele atingirá uma força de campo magnético de 13 Teslas, cerca de 280.000 vezes mais forte do que o campo magnético da Terra.

As estruturas de suporte do eletroímã terão que suportar forças iguais ao dobro do empuxo de uma decolagem dos foguetes que levavam ao espaço os ônibus espaciais.

Ele deverá induzir uma poderosa corrente de plasma no interior do reator, chamado tokamak, ajudando a moldar e controlar a reação de fusão, impedindo que ela derreta o próprio reator.

O primeiro módulo está pronto e será embarcado de navio dos EUA para a França. Cinco módulos adicionais, mais um sobressalente, já estão em vários estágios de fabricação - o Módulo 2 deverá ficar pronto em agosto.

Ímãs no tokamak

A criação de campos magnéticos em um tokamak requer três arranjos complementares de ímãs. Bobinas externas ao redor do anel do tokamak produzem o campo magnético toroidal, confinando o plasma dentro do reator. Bobinas poloidais, um conjunto de anéis empilhados que orbitam o tokamak paralelamente à sua circunferência, controlam a posição e a forma do plasma.

No centro do tokamak, o Solenoide Central usa um pulso de energia para gerar uma poderosa corrente toroidal no plasma que flui ao redor do toro. O movimento dos íons nessa corrente, por sua vez, cria um segundo campo magnético poloidal que melhora o confinamento do plasma, além de gerar calor para a fusão.

Juntos, os ímãs do ITER criam uma gaiola invisível para o plasma que se adapta precisamente às paredes de metal do tokamak. Com 15 milhões de amperes, a corrente de plasma do ITER será muito mais poderosa do que qualquer coisa possível nos tokamaks atuais.

O material supercondutor usado nos ímãs do ITER foi produzido em nove fábricas em seis países. Os 43 quilômetros de supercondutores de nióbio-estanho para o Solenoide Central foram fabricados no Japão.

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Este esquema mostra o Solenoide Central (coluna azul e amarelo) no centro do reator de fusão nuclear do ITER. A área rosa em torno dele é o plasma, girando dentro do toro.
[Imagem: ITER]

Como funcionará a fusão nuclear no ITER

Para que o ITER funcione, uma pequena quantidade de gás deutério e trício, que são isótopos do hidrogênio, é injetada no tokamak, uma grande câmara de vácuo em forma de anel.

O hidrogênio é aquecido até se tornar um plasma ionizado, que parece uma nuvem. Os ímãs supercondutores integrados ao tokamak confinam e moldam esse plasma ionizado, mantendo-o afastado das paredes de metal do reator.

Quando o plasma de hidrogênio atinge 150 milhões de graus Celsius - dez vezes mais quente do que o núcleo do Sol -, uma pequena quantidade de massa é convertida em uma grande quantidade de energia (E = mc²) conforme os átomos de hidrogênio se fundem.

Nêutrons de ultra-alta energia, produzidos pela fusão, escapam do campo magnético e atingem as paredes de metal do tokamak, transmitindo sua energia para as paredes na forma de calor. A água que circula nas paredes do tokamak recebe esse calor e o converte em vapor. Em um reator comercial, esse vapor acionará turbinas para produzir eletricidade.

Finalmente, alguns nêutrons reagem com o lítio incorporado nas paredes do tokamak, criando mais combustível de trítio para a fusão.

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