p As usinas de fusão prometem energia amigável ao clima quase ilimitada, e cientistas de todo o mundo cooperam para atingir esse objetivo. Um aspecto pouco conhecido deste campo altamente especializado de pesquisa diz respeito ao diamante, que é de fato um material indispensável para a tecnologia de fusão. Pesquisadores do Karlsruhe Institute of Technology (KIT) desenvolvem discos de diamante para unidades de janela para aquecer o plasma em reatores de fusão. Em cooperação com uma empresa chamada Diamond Materials, eles já produziram um disco de diamante de 180 mm de diâmetro. p Acontece no fogo do sol:os átomos de hidrogênio se fundem ao hélio e no curso dessa reação de fusão nuclear, quantidades gigantescas de energia são liberadas. Em usinas de fusão na Terra, esse "fogo estelar" pode um dia contribuir para o abastecimento de energia sustentável e seguro. No mundo todo, pesquisadores de fusão cooperam para colocar em operação os primeiros reatores. No KIT, os chamados girotrons são desenvolvidos para o reator de pesquisa ITER e reatores menores, como Wendelstein 7X e ASDEX Upgrade. Os girotrons são osciladores de microondas que geram uma temperatura de até 150 milhões de graus Celsius no reator, semelhante a um microondas muito grande. Essa alta temperatura faz com que o combustível de trítio atinja o estado de plasma necessário para a fusão. Para guiar a radiação de microondas dos girotrons para o plasma e para manter um vácuo e manter o trítio radioativo dentro do reator, uma equipe em torno do Dr. Dirk Strauss e do professor Theo Scherer do Instituto de Materiais Aplicados (IAM) do KIT projeta unidades de janela apropriadas. Para os discos, apenas um material é adequado:"o diamante é indispensável, "diz Dirk Strauss." Nenhum outro material conhecido sobrevive à radiação de microondas extrema e, ao mesmo tempo, tem a permeabilidade necessária com baixas perdas. "

p Para orientar a radiação de mais de um megawatt de potência no reator de pesquisa ITER, inúmeras janelas de diamante foram projetadas pela IAM e produzidas em cooperação com parceiros da indústria. Enquanto isso, os cientistas também estão trabalhando em unidades de janela para o sucessor do ITER, chamado DEMO, em que a energia será produzida a partir de 2050. Como consequência da operação multifrequencial planejada do sistema de aquecimento de microondas em DEMO, Contudo, novos tipos de girotrons serão necessários. Eles estão atualmente sendo desenvolvidos pela equipe de pesquisa do Professor John Jelonnek no Instituto de Energia Pulsada e Tecnologia de Microondas do KIT. Esses novos girotrons precisarão de novas unidades de janela com discos de diamante maiores. O protótipo correspondente já está disponível. “Nosso disco tem um diâmetro de 180 mm e até 2 mm de espessura, "diz Theo Scherer." Isso o torna a maior estrutura de diamante sintético já produzida e pronta para uso. " O IAM está examinando a estrutura da superfície e as características de alta frequência com relação às perdas de microondas da janela.

p Os discos são feitos de diamante sintético por deposição química de vapor (CVD), uma técnica de revestimento especial. Os diamantes CVD crescem em uma superfície de silício em um pequeno reator a vácuo preenchido com uma mistura de gás. Por meio de irradiação de microondas, esta mistura é transformada em um plasma, semelhante ao que acontece em um reator de fusão, mas com consumo de energia muito menor. O plasma é composto por hidrogênio atômico que evita a formação indesejada de grafite e uma pequena quantidade de metano que fornece carbono para o diamante. "É um processo demorado e muito complexo, "Dirk Strauss diz." A janela de diamante cresce alguns micrômetros por hora. "O produto final é consequentemente caro. A produção de um disco de diamante para o reator DEMO custa uma quantia de seis dígitos, Strauss diz.

p Contudo, as opções de uso de material diamantado na tecnologia de fusão ainda não se esgotaram. Até aqui, discos de diamante com estrutura policristalina foram projetados no IAM. Esses discos consistem em vários pequenos diamantes. "No momento, estamos trabalhando no desenvolvimento de discos de diamante monocristalino, "Theo Scherer diz." Isso pode reduzir ainda mais as perdas de microondas durante a transmissão. "