Berílio, um duro, metal prateado muito usado em máquinas de raio-X e naves espaciais, está encontrando um novo papel na missão de trazer a energia que leva o sol e as estrelas à Terra. O berílio é um dos dois principais materiais usados ​​para a parede no ITER, uma instalação de fusão multinacional em construção na França para demonstrar a praticidade da energia de fusão. Agora, físicos do Departamento de Energia dos EUA (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) e General Atomics concluíram que injetar minúsculas pelotas de berílio no ITER poderia ajudar a estabilizar o plasma que alimenta as reações de fusão.

Experimentos e simulações de computador descobriram que os grânulos injetados ajudam a criar condições no plasma que podem desencadear pequenas erupções chamadas modos de borda localizada (ELMs). Se acionado com frequência suficiente, os minúsculos ELMs evitam erupções gigantes que podem interromper as reações de fusão e danificar as instalações do ITER.

Cientistas de todo o mundo estão tentando replicar a fusão na Terra para obter um suprimento virtualmente inesgotável de energia para gerar eletricidade. O processo envolve plasma, uma sopa muito quente de elétrons flutuando livremente e núcleos atômicos, ou íons. A fusão dos núcleos libera uma enorme quantidade de energia.

Nos experimentos atuais, os pesquisadores injetaram grânulos de carbono, lítio, e carboneto de boro - metais leves que compartilham várias propriedades do berílio - no DIII-D National Fusion Facility que a General Atomics opera para o DOE em San Diego. "Esses metais leves são materiais comumente usados ​​dentro do DIII-D e compartilham várias propriedades com o berílio, "disse o físico do PPPL, Robert Lunsford, autor principal do artigo que relata os resultados em Materiais Nucleares e Energia . Como a estrutura interna dos três metais é semelhante à do berílio, os cientistas inferem que todos esses elementos afetarão o plasma ITER de maneiras semelhantes. Os físicos também usaram campos magnéticos para fazer o plasma DIII-D se assemelhar ao plasma, conforme previsto para ocorrer no ITER.

Esses experimentos foram os primeiros desse tipo. "Esta é a primeira tentativa de tentar descobrir como essas pelotas de impureza penetrariam no ITER e se você faria uma mudança suficiente na temperatura, densidade, e pressão para acionar um ELM, "disse Rajesh Maingi, chefe de pesquisa de ponta de plasma no PPPL e co-autor do artigo. "E parece de fato que essa técnica de injeção de grânulos com esses elementos seria útil."

Se então, a injeção pode diminuir o risco de grandes ELMs no ITER. "A quantidade de energia conduzida para as primeiras paredes do ITER por ELMs de ocorrência espontânea é suficiente para causar danos graves às paredes, "Lunsford disse." Se nada fosse feito, você teria uma vida útil de componente inaceitavelmente curta, possivelmente exigindo a substituição de peças a cada dois meses. "

Lunsford também usou um programa que ele próprio escreveu que mostrava que a injeção de grânulos de berílio medindo 1,5 milímetros de diâmetro, sobre a espessura de um palito, penetraria na borda do plasma ITER de uma forma que poderia acionar pequenos ELMs. Nesse tamanho, o suficiente da superfície do grânulo evaporaria, ou ablate, para permitir que o berílio penetre em locais no plasma onde os ELMs possam ser acionados com mais eficácia.

A próxima etapa será calcular se as mudanças de densidade causadas pelos peletes de impureza no ITER realmente acionariam um ELM, conforme indicam os experimentos e simulações. Esta pesquisa está em andamento em colaboração com especialistas internacionais do ITER.

Os pesquisadores imaginam a injeção de grânulos de berílio como apenas uma das muitas ferramentas, incluindo o uso de ímãs externos e injeção de pelotas de deutério, para gerenciar o plasma em instalações tokamak em formato de donut, como o ITER. Os cientistas esperam realizar experimentos semelhantes no Joint European Torus (JET) no Reino Unido, atualmente o maior tokamak do mundo, para confirmar os resultados de seus cálculos. Diz Lunsford, "Achamos que será necessário que todos trabalhem juntos com um monte de técnicas diferentes para realmente colocar o problema do ELM sob controle."