Tecnologia Científica

Instalação de fusão estabelece um novo recorde mundial de energia
Seguindo o exemplo do sol, as usinas de fusão visam fundir os isãotopos de hidrogaªnio deutanãrio e tra­tio e liberar grandes quantidades de energia no processo.
Por Max Planck Society - 09/02/2022


Instalação de fusão nuclear: JET interior com plasma sobreposto. Crédito: UKAEA

Cientistas europeus alcana§aram um grande sucesso no caminho para a produção de energia atravanãs de plasmas de fusão: eles produziram plasmas esta¡veis ​​com 59 megajoules de produção de energia na maior instalação de fusão do mundo, JET, em Culham perto de Oxford, Reino Unido. A equipe, que também inclui pesquisadores do Instituto Max Planck de Fa­sica de Plasma (IPP), usou o combusta­vel de futuras usinas de fusão. Esses foram os primeiros experimentos desse tipo no mundo em mais de 20 anos.

Seguindo o exemplo do sol, as usinas de fusão visam fundir os isãotopos de hidrogaªnio deutanãrio e tra­tio e liberar grandes quantidades de energia no processo. A única planta do mundo atualmente capaz de operar com esse combusta­vel éo projeto conjunto europeu JET, o Joint European Torus em Culham, perto de Oxford, Reino Unido. No entanto, os últimos experimentos com o combusta­vel para futuras usinas de fusão foram realizados la¡ em 1997. Como o tra­tio éuma matéria-prima muito rara que também apresenta desafios especiais de manuseio, as equipes de pesquisa costumam usar hidrogaªnio ou deutanãrio para experimentos com plasma . Em futuras usinas, o tra­tio seráformado a partir do la­tio durante a produção de energia .

Experiaªncias com misturas de deutanãrio-tra­tio em preparação para o ITER

"Podemos explorar muito bem a física em plasmas de fusão trabalhando com hidrogaªnio ou deutanãrio, então este éo padrãomundial", explica a Dra. Athina Kappatou do IPP, que com seus colegas do IPP Dr. Philip Schneider e Dr. Ja¶rg Hobirk lideraram partes significativas das experiências colaborativas europeias no JET." No entanto, para a transição para a experiência de fusão internacional de grande escala ITER, éimportante que nos preparemos para as condições que aa­ prevalecem." O ITER estãoatualmente em construção em Cadarache, no sul da Frana§a, e espera-se que seja capaz de liberar dez vezes mais energia do que éfornecida ao plasma em termos de energia de aquecimento, usando combusta­vel deutanãrio-tra­tio.

Para aproximar o mais possí­vel a experiência JET das futuras condições do ITER, o revestimento de carbono anterior do recipiente de plasma foi substitua­do por uma mistura de bera­lio e tungstanãnio, como também estãoprevisto para o ITER, entre 2009 e 2011. O metal tungstanãnio émais resistente do que o carbono, que, além disso, armazena muito hidrogaªnio. No entanto, a parede agora meta¡lica impaµe novas exigaªncias a  qualidade do controle do plasma. Os experimentos atuais demonstram o sucesso dos pesquisadores: Em temperaturas dez vezes mais altas do que as do centro do sol, na­veis recordes de energia de fusão gerada foram alcana§ados.

Recorde mundial em condições semelhantes ao ITER

Antes da mudança do material da parede, o JET havia estabelecido o recorde mundial de energia em 1997 com um plasma que produzia 22 megajoules de energia. Este recorde permaneceu atéagora. "Nos experimentos mais recentes, quera­amos provar que podera­amos criar significativamente mais energia mesmo sob condições semelhantes ao ITER", explica o fa­sico do IPP Dr. Kappatou. Va¡rias centenas de cientistas e pesquisadores estiveram envolvidos em anos de preparação para os experimentos. Eles usaram manãtodos teóricos para calcular antecipadamente os parametros que precisavam obter para gerar o plasma para atingir seus objetivos. Os experimentos confirmaram as previsaµes no final de 2021 e proporcionaram um novo recorde mundial : o JET produziu plasmas esta¡veis ​​com combusta­vel deutanãrio-tra­tio que liberou 59 megajoules de energia.

Para produzir energia la­quida - isto anã, liberar mais energia do que os sistemas de aquecimento fornecem - a instalação experimental émuito pequena. Isso não serápossí­vel atéque o experimento ITER em larga escala no sul da Frana§a esteja online. "As últimas experiências no JET são um passo importante em direção ao ITER", conclui a Prof. Sibylle Ga¼nter, Diretora Cienta­fica do Instituto Max Planck de Fa­sica de Plasma. "O que aprendemos nos últimos meses facilitara¡ o planejamento de experimentos com plasmas de fusão que geram muito mais energia do que o necessa¡rio para aquecaª-los".

Informações ba¡sicas: Megawatts vs. Megajoules

No recente experimento recorde, as reações de fusão no JET liberaram um total de 59 megajoules de energia na forma de naªutrons durante uma fase de cinco segundos de uma descarga de plasma. Expresso em unidades de potaªncia (energia por tempo), o JET alcana§ou uma potaªncia de pouco mais de 11 megawatts em média em cinco segundos. O recorde de energia anterior, estabelecido em 1997, era de pouco menos de 22 megajoules de energia total e 4,4 megawatts de potaªncia média em cinco segundos.

 

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