Em um mundo que luta para largar seu vício em combustíveis fósseis e alimentar seu apetite crescente por energia, há uma tecnologia em desenvolvimento que parece boa demais para ser verdade:a fusão nuclear.

Se isso funcionar, a energia de fusão oferece grandes quantidades de energia limpa com uma fonte de combustível quase ilimitada e emissões de carbono virtualmente nulas. Isso se funcionar. Mas existem equipes de pesquisadores em todo o mundo e bilhões de dólares sendo gastos para garantir que isso aconteça.

Em fevereiro do ano passado, um novo capítulo da pesquisa de energia de fusão começou com a abertura formal do Wendelstein 7-X. Este é um reator de fusão experimental de € 1 bilhão (A $ 1,4 bilhão) construído em Greifswald, Alemanha, para testar um projeto de reator denominado stellarator.

Prevê-se que por volta de 2021 poderá operar por até 30 minutos de duração, o que seria um recorde para um reator de fusão. Este é um passo importante para demonstrar uma característica essencial de uma futura usina de fusão:operação contínua.

Mas o W-7X não é o único jogo de fusão da cidade. No sul da França, o ITER está sendo construído, um reator de fusão experimental de US $ 20 bilhões (A $ 26,7 bilhões) que usa um projeto diferente chamado tokamak. Contudo, embora o W-7X e o ITER empreguem designs diferentes, os dois projetos se complementam, e as inovações em um provavelmente se traduzirão em uma eventual usina de fusão nuclear em funcionamento.

Voltas e mais voltas

A energia de fusão busca replicar a reação que alimenta nosso Sol, onde dois átomos muito leves, como hidrogênio ou hélio, são fundidos. O átomo fundido resultante acaba ligeiramente mais leve do que os dois átomos originais, e a diferença de massa é convertida em energia de acordo com a fórmula de Einstein E =mc².

A dificuldade está em encorajar os dois átomos a se fundirem, o que exige que sejam aquecidos a milhões de graus Celsius. Contendo tal combustível superaquecido não é tarefa fácil, então ele é transformado em um gás ionizado quente - um plasma - que pode ser contido dentro de um campo magnético de forma que não toque realmente o interior do reator.

O que torna o W-7X particularmente interessante é seu design estelar. É composto por uma câmara de vácuo embutida em uma garrafa magnética criada por um sistema de 70 bobinas magnéticas supercondutoras. Eles produzem um poderoso campo magnético para confinar o plasma quente.

Stellarators e tokamaks são ambos os tipos de dispositivos de confinamento magnético toroidal (em forma de donut) que estão sendo investigados para energia de fusão. Nesses experimentos, um forte campo magnético toroidal (ou anel) cria uma garrafa magnética para confinar o plasma.

Contudo, para que o plasma tenha um bom confinamento na câmara em forma de donut, o campo magnético precisa ter uma torção. Em um tokamak, como no reator ITER, uma grande corrente flui no plasma para gerar o caminho torcido necessário. Contudo, a grande corrente pode causar instabilidades "torções", o que pode fazer com que o plasma seja interrompido.

Se o plasma for interrompido, o reator precisa ser inundado com gás para extinguir o plasma e evitar que ele danifique o experimento.

Em um stellarator, a torção no campo magnético é obtida torcendo-se a própria máquina inteira. Isso remove a grande corrente toroidal, e torna o plasma intrinsecamente mais estável. O custo vem na complexidade de engenharia das bobinas de campo e confinamento reduzido, o que significa que o plasma é menos facilmente contido dentro da bolha magnética.

Venha junto

Embora o W7-X e o ITER usem abordagens diferentes, a maior parte da tecnologia subjacente é idêntica. Ambos são máquinas supercondutoras toroidais, e ambos usam sistemas de aquecimento externos, como radiofrequência e injeção de feixe neutro para aquecer o plasma, e grande parte da tecnologia de diagnóstico de plasma é comum.

Em uma usina de energia, isótopos pesados ​​de hidrogênio (deutério e trítio) se fundem para formar hélio junto com um nêutron energético. Enquanto o hélio está contido no plasma, o nêutron tem uma carga elétrica neutra, e dispara para o "cobertor" que envolve o plasma. Isso aquece, que por sua vez aciona uma turbina a vapor que gera eletricidade.

Uma característica comum da energia de fusão é a necessidade de desenvolver materiais que possam suportar o alto calor e os nêutrons rápidos gerados pela reação de fusão. Independentemente do design, a primeira parede de um reator de fusão tem que resistir a um bombardeio massivo de partículas de alta energia ao longo de sua vida.

Nesta fase, é muito cedo para dizer se o design do tokamak usado pelo ITER ou o stellarator usado pelo W-7X será mais adequado para uma usina de fusão comercial. Mas o início da operação de pesquisa do W-7X não ajudará apenas a decidir qual tecnologia pode ser a melhor a ser adotada, mas contribuirá com um conhecimento valioso para quaisquer futuros experimentos de fusão, e talvez um dia uma verdadeira revolução energética.

Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.