O reator chinês de fusão nuclear atingiu o regime livre de densidade, com o plasma a manter-se estável mesmo com o aumento da densidade.
O Tokamak Supercondutor Avançado Experimental da China (EAST), frequentemente chamado de “sol artificial” do país, alcançou um marco significativo na investigação de fusão nuclear ao manter plasma estável em densidades que ultrapassam um limite teórico de longa data. Os cientistas afirmam que o avanço pode ajudar a aproximar a energia de fusão do uso prático, embora a geração comercial de energia ainda esteja a anos de distância.
De acordo com um comunicado da Academia Chinesa de Ciências, o EAST conseguiu manter o plasma, um estado da matéria extremamente quente e eletricamente carregado, em densidades anteriormente consideradas demasiado instáveis para uma operação sustentada. O estudo foi publicado a 1 de janeiro na revista Science Advances.
“Os resultados sugerem um caminho prático e escalável para estender os limites de densidade em tokamaks e dispositivos de fusão de próxima geração”, disse Ping Zhu, professor da Universidade de Ciência e Tecnologia da China e co-autor principal do estudo.
A fusão nuclear é amplamente vista como uma fonte potencial de energia limpa praticamente ilimitada. Ao contrário dos combustíveis fósseis, a fusão nuclear não produz emissões de carbono e, em comparação com a fissão nuclear, gera muito menos resíduos radioativos de longa duração. A fusão alimenta o Sol forçando os átomos leves a combinarem-se em átomos mais pesados, libertando enormes quantidades de energia no processo. Reproduzir estas condições na Terra, no entanto, tem-se mostrado extremamente desafiante.
Os reatores de fusão precisam de aquecer o plasma a temperaturas superiores ao núcleo do Sol e confiná-lo durante o tempo suficiente para que os átomos colidam e se fundam. O EAST é um tokamak, um reator de confinamento magnético em forma de rosca, concebido para manter o plasma estável durante longos períodos. Embora nenhum tokamak tenha ainda conseguido a ignição da fusão, ou seja, uma reação autossustentável, o EAST tem melhorado o seu desempenho de forma constante.
Um dos principais obstáculos tem sido o Limite de Greenwaldum limiar de densidade para além do qual o plasma se torna normalmente instável e interrompe as reações de fusão. Uma maior densidade de plasma é desejável porque aumenta a probabilidade de colisões atómicas e reduz a energia necessária para a ignição.
Segundo o Ciência Vivacontrolando cuidadosamente a pressão inicial do gás combustível e a forma como os eletrões absorviam o aquecimento por micro-ondas, os investigadores do EAST estabilizaram o plasma a densidades entre 1,3 e 1,65 vezes o Limite de Greenwald. Isto está bem acima da gama operacional habitual do reator.
Embora outras instalações já tenham ultrapassado o Limite de Greenwald, incluindo o tokamak DIII-D nos Estados Unidos, a experiência EAST conseguiu um novo regime conhecido como “regime livre de densidade“. Neste estado, o plasma manteve-se estável mesmo com o aumento da densidade, corroborando uma teoria denominada auto-organização plasma-parede. A teoria sugere que interações cuidadosamente equilibradas entre o plasma e as paredes do reator podem prevenir a instabilidade.
Espera-se que esta descoberta contribua para futuros projetos de fusão, incluindo o Reactor Experimental Termonuclear Internacional (ITER), em construção em França. O ITER, uma colaboração global que envolve a China, os Estados Unidos e outros parceiros, tem como objetivo demonstrar reações de fusão sustentadas e deverá iniciar as suas operações em grande escala em 2039.