Levitação magnética abre nova rota para fusão nuclear

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/02/2010

O reator LDX usa um ímã de meia tonelada, em formato de anel, com o tamanho aproximado um pneu de caminhão, feito de fios supercondutores enrolados dentro de um recipiente de aço inoxidável.
[Imagem: Boxer et al./Nature Physics]

Cientistas norte-americanos acreditam ter descoberto uma nova abordagem rumo ao objetivo, ainda elusivo, de domar a fusão nuclear, a fonte de energia das estrelas.

A fusão nuclear tem sido uma meta perseguida por físicos e pesquisadores de energia há mais de 50 anos. Isso porque ela oferece a possibilidade de criação de uma fonte virtualmente infinita de energia sem emissões de carbono e praticamente sem resíduos radioativos.

Estrela artificial

Ao contrário da fissão nuclear, a reação fundamental das atuais usinas nucleares, quando átomos são quebrados, na fusão nuclear átomos leves são unidos para formar um átomo mais pesado, liberando uma quantidade descomunal de energia.

Mas o desenvolvimento de um reator de fusão tem-se mostrado mais difícil do que inicialmente se pensava. Para explorá-la, será necessário literalmente construir uma mini-estrela artificial. E impedir que tanto calor derreta qualquer coisa com a qual entre em contato é um desafio imenso.

O maior esforço está sendo feito no ITER, que está sendo construído na França, com um custo final que poderá ser três vezes maior do que o LHC. Em 2008, um grupo de cientistas propôs que megalaser seria o caminho mais curto para a fusão nuclear.

Tudo são alternativas

Agora, um novo experimento que reproduz o campo magnético de um planeta pode fornecer um "caminho alternativo" para domar a fusão nuclear e domar uma miniestrela. As aspas são necessárias, porque os físicos não são unânimes sobre o que seria um caminho seguro para a fusão nuclear. Mesmo o ITER, com seu orçamento gigantesco, tem seus críticos. Nesse sentido, todas as propostas são apenas alternativas.

Os engenheiros afirmam que sua abordagem única tem "algum potencial" para ser desenvolvida como uma forma de criar uma usina que seja capaz de gerar eletricidade com base na fusão nuclear.

Levitação magnética

Os novos resultados vêm de um dispositivo experimental chamado LDX (Levitated Dipole Experiment). Inspirado em observações feitas a partir do espaço por satélites artificiais, o LDX usa um ímã de meia tonelada, em formato de anel, com o tamanho aproximado de um pneu de caminhão, feito de fios supercondutores enrolados dentro de um recipiente de aço inoxidável.

Este ímã fica literalmente levitando, suspenso por um poderoso campo eletromagnético. Sua função é controlar o movimento de um plasma, um gás de partículas eletricamente carregadas aquecido a 10 milhões de graus Celsius, contido em uma câmara externa de cinco metros de diâmetro.

Os resultados dos experimentos realizados nesse equipamento único confirmam as previsões absolutamente contra-intuitivas de que, no interior da câmara externa, a turbulência aleatória faz com que o plasma torne-se mais densamente concentrado - um passo crucial para fazer os átomos fundirem-se - em vez de espalhar-se, como acontece geralmente com a turbulência.

Esse comportamento anômalo da turbulência já havia sido observado na forma como o plasma no espaço interage com os campos magnéticos da Terra e de Júpiter, mas nunca havia sido recriado em laboratório.

A principal diferença entre o LDX e um tokamak é que, enquanto no tokamak o plasma quente é confinado no interior de um gigantesco magneto, no LDX o ímã está dentro do plasma.
[Imagem: Boxer et al./Nature Physics]

Tokamaks, fusão inercial e LDX

Os experimentos de fusão nuclear ao redor do mundo usam um dentre dois métodos: os tokamaks, que usam um conjunto de ímãs enrolados em torno de uma câmara em formato de anel para confinar o plasma, ou a fusão inercial, com lasers de alta potência para alvejar uma esfera minúscula de combustível no centro do dispositivo.

Mas o LDX usa uma abordagem diferente. "É a primeira experiência deste tipo", diz o cientista sênior do projeto, Jay Kesner, do MIT, que codirige o projeto com Michael E. Mauel, da Universidade de Colúmbia.

O gigantesco magneto do LDX é mantido suspenso por um campo eletromagnético, por sua vez controlado continuamente por um computador com base no monitoramento da sua posição com sensores que acompanham oito feixes de laser.

A posição do ímã de meia tonelada, pelo qual passa uma corrente de um milhão de amperes, pode ser mantida dessa forma com uma precisão de meio milímetro. Um suporte em forma de cone com molas é posicionado sob o ímã, para pegá-lo com segurança se alguma coisa der errada com o sistema de controle.

A levitação é crucial porque o campo magnético usado para confinar o plasma seria perturbado por quaisquer objetos em seu caminho, como suportes utilizados para manter o imã no lugar.

Com o magneto levitando, o pico central da densidade do plasma foi alcançado em alguns centésimos de segundo, algo muito semelhante ao observado nas magnetosferas planetárias - como nos campos magnéticos que cercam a Terra e Júpiter.

A principal diferença entre o LDX e um tokamak é que, enquanto no tokamak o plasma quente é confinado no interior de um gigantesco magneto, no LDX o ímã está dentro do plasma.

Fusão especulativa

Os resultados do experimento mostram que esta abordagem "pode produzir uma rota alternativa à fusão", diz Kesner, embora mais pesquisas sejam necessárias para determinar se ele seria prático.

Por exemplo, embora os pesquisadores tenham medido a alta densidade do plasma, novos equipamentos ainda precisarão ser instalados para medir sua temperatura e, finalmente, os pesquisadores terão que construir uma versão muito maior de todo o dispositivo.

Kesner adverte que o tipo de ciclo de combustível previsto para outros tipos de reatores de fusão, como os tokamaks, que utilizam uma mistura de duas formas de hidrogênio pesado, chamadas deutério e trítio, deve ser mais fácil de conseguir e provavelmente serão eles os primeiros a entrar em operação.

A fusão deutério-deutério, proposta pelo LDX, se ela se tornar prática, mais provavelmente consistirá em "uma abordagem de segunda geração".

Astrofísica

Pode ser que, antes de produzir resultados para a fusão nuclear, e mesmo se esses resultados não vierem, o experimento ajude na mesma pesquisa espacial que o inspirou.

Como o LDX tem seu princípio inspirado nas observações de magnetosferas planetárias feitas por sondas espaciais, ele poderá fornecer aos astrofísicos novos detalhes sobre esses mecanismos, sem a necessidade de enviar novas sondas ao espaço.

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