Novo projeto de reator de fusão nuclear pode ser um avanço

O uso de ímãs permanentes pode ajudar a tornar os reatores de fusão nuclear mais simples e acessíveis.

Visualização de como um estelar

Visualização de como o plasma de um stellarator (laranja) pode ser manipulado usando uma combinação de ímãs permanentes (vermelho e azul) e bobinas supercondutoras (anéis cinza).



Crédito: C. Zhu / PPPL
  • A fusão nuclear é o processo de fusão de núcleos atômicos, que podem liberar grandes quantidades de energia.
  • Os reatores de fusão nuclear existem há anos, mas nenhum deles é capaz de produzir energia de forma sustentável.
  • Um novo artigo descreve como ímãs permanentes podem ser usados ​​em stellarators para controlar o fluxo de plasma superaquecido.


A promessa da fusão nuclear é tentadora: ao utilizar o mesmo processo atômico que alimenta nosso Sol, podemos algum dia ser capazes de gerar quantidades virtualmente ilimitadas de energia limpa.



Mas, embora os reatores de fusão existam desde a década de 1950, os cientistas não foram capazes de criar projetos que possam produzir energia de maneira sustentável. No caminho da fusão nuclear estão a política, a falta de financiamento, preocupações sobre a fonte de energia , e problemas tecnológicos potencialmente intransponíveis, para citar alguns obstáculos. Hoje, os reatores de fusão nuclear que temos estão presos no estágio de protótipo.

No entanto, o pesquisador Michael Zarnstorff, em Nova Jersey, pode ter feito recentemente um avanço significativo ao ajudar seu filho em um projeto de ciências. Em um novo papel , Zarnstorff, cientista-chefe do Centro de Pesquisa Max Planck Princeton para Física do Plasma em Nova Jersey, e seus colegas descrevem um projeto mais simples para um stellarator, um dos tipos mais promissores de reatores de fusão nuclear.



Os reatores de fusão geram energia ao esmagar, ou fundir, dois núcleos atômicos para produzir um ou mais núcleos mais pesados. Este processo pode liberar grandes quantidades de energia. Mas alcançar a fusão é difícil. Requer aquecimento de plasma de hidrogênio para acima de 100.000.000 ° C , até que os núcleos de hidrogênio se fundam e gerem energia. Sem surpresa, este plasma superaquecido é difícil de trabalhar e pode danificar e corroer o hardware caro do reator.

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Stellarators são dispositivos que usam ímãs externos para controlar e distribuir uniformemente o plasma quente 'torcendo' seu fluxo de maneiras específicas. Para fazer isso, os estelares são equipados com uma série complexa de bobinas eletromagnéticas que criam um campo magnético ideal dentro do dispositivo.

'As bobinas torcidas são a parte mais cara e complicada do stellarator e devem ser fabricadas com grande precisão de uma forma muito complicada', físico Per Helander, chefe da Divisão de Teoria Stellarator da Max Planck e principal autor do novo artigo , contado Notícias do Laboratório de Física de Plasma de Princeton .



O novo design oferece uma abordagem mais simples ao usar ímãs permanentes, cujo campo magnético é gerado pela estrutura interna do próprio material. Conforme descrito em um artigo publicado por Natureza , Zarnstorff percebeu que os ímãs permanentes de neodímio-boro - que se comportam como ímãs de geladeira, só que mais fortes - se tornaram poderosos o suficiente para ajudar a controlar o plasma em stellarators.

Crédito: American Physical Society / Creative Commons Atribuição 4.0 Internacional licença

'O projeto conceitual de sua equipe combina bobinas supercondutoras em forma de anel mais simples com ímãs em forma de panqueca presos fora do recipiente de vácuo do plasma', diz um artigo publicado em Natureza . 'Como os ímãs de geladeira - que grudam em apenas um lado - eles produziriam seu campo magnético principalmente dentro do navio.'

Em teoria, usar ímãs permanentes em stellarators seria mais simples e mais acessível, além de liberar um espaço valioso nos dispositivos. Mas os pesquisadores notaram algumas desvantagens, como 'limitações na força do campo, não solucionabilidade e a possibilidade de desmagnetização'.

Em qualquer caso, a energia de fusão nuclear comercial não estará disponível tão cedo, se é que estará. Mas, além da nova ideia de design estelar, houve alguns desenvolvimentos interessantes nos últimos anos. Um dos exemplos mais notáveis ​​é o International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER).

O ITER anunciou no ano passado que espera concluir a construção do maior reator de fusão nuclear tokamak do mundo até 2025. O objetivo do projeto é provar que a fusão nuclear comercial é possível, demonstrando que um reator pode produzir mais energia do que consome. Mas mesmo se o experimento ITER for bem-sucedido, provável leve até pelo menos 2050 para que uma usina de fusão nuclear entre em operação.

Alcançar a energia de fusão nuclear sustentável na Terra continua a ser um ' grande desafio científico 'com um futuro incerto. Além do mais, alguns cientistas pergunta se a fonte de energia é realmente tão limpa, acessível e segura quanto muitos afirmam que seria. Mas novos insights sobre o projeto de reatores de fusão nuclear, como o descrito no novo artigo, poderiam ajudar a acelerar o processo de desenvolvimento do que um dia poderia se tornar o fonte de energia primária de uma sociedade pós-carbono .

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