Pesquisadores de fusão encontram uma maneira mais segura e eficaz de criar uma estrela na Terra

Por SciTechDaily 23 de dezembro de 2019

Os cientistas descobriram que espalhar um tipo de pó no plasma poderia permitir que uma instalação de tokamak aproveitasse o gás ultraquente para gerar calor e energia sem emissões de gases de efeito estufa ou resíduos radioativos de longo prazo.

A major issue with operating ring-shaped fusion facilities known as tokamaks is keeping the plasmaPlasma is one of the four fundamental states of matter, along with solid, liquid, and gas. It is an ionized gas consisting of positive ions and free electrons. It was first described by chemist Irving Langmuir in the 1920s." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">plasma that fuels fusion reactions free of impurities that could reduce the efficiency of the reactions. Now, scientists at the U.S. Department of Energy’s (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPLThe U.S. Department of Energy’s Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) is a collaborative national laboratory for plasma physics and nuclear fusion science. Its primary mission is research into and development of fusion as an energy source for the world." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">PPPL) descobriram que borrifar um tipo de pó no plasma poderia ajudar a aproveitar o gás ultraquente dentro de uma instalação tokamak para produzir calor e criar eletricidade sem produzir gases de efeito estufa ou resíduos radioativos de longo prazo.

A fusão, a energia que impulsiona o Sol e as estrelas, combina elementos leves na forma de plasma – o estado quente e carregado da matéria, composto de elétrons livres e núcleos atômicos – que gera enormes quantidades de energia. Os cientistas procuram replicar a fusão na Terra para obter um fornecimento praticamente inesgotável de energia para gerar electricidade.

O físico do PPPL, Robert Lunsford, concluiu uma pesquisa mostrando que a injeção de pó de boro no plasma de fusão pode ajudar nas reações de fusão. Crédito: Elle Starkman/Escritório de Comunicações do PPPL

“O principal objetivo do experimento era ver se conseguiríamos estabelecer uma camada de boro usando um injetor de pólvora”, disse o físico do PPPL, Robert Lunsford, autor principal do artigo que relata os resultados da Fusão Nuclear. “Até agora, a experiência parece ter sido bem sucedida.”

O boro evita que um elemento conhecido como tungstênio seja lixiviado das paredes do tokamak para o plasma, onde pode resfriar as partículas do plasma e tornar as reações de fusão menos eficientes. Uma camada de boro é aplicada às superfícies voltadas para o plasma em um processo conhecido como “boronização”. Os cientistas querem manter o plasma o mais quente possível – pelo menos dez vezes mais quente que a superfície do Sol – para maximizar as reações de fusão e, portanto, o calor para criar eletricidade.

Usar pó para fornecer boronização também é muito mais seguro do que usar um gás boro chamado diborano, o método usado hoje. “O gás diborano é explosivo, então todos têm que deixar o prédio que abriga o tokamak durante o processo”, disse Lunsford. “Por outro lado, se você pudesse colocar um pouco de pó de boro no plasma, seria muito mais fácil de administrar. Embora o gás diborano seja explosivo e tóxico, o pó de boro é inerte”, acrescentou. “Esta nova técnica seria menos intrusiva e definitivamente menos perigosa.”

Outra vantagem é que, embora os físicos devam interromper as operações do tokamak durante o processo do gás boro, o pó de boro pode ser adicionado ao plasma enquanto a máquina está funcionando. Esta característica é importante porque, para fornecer uma fonte constante de eletricidade, as futuras instalações de fusão terão de funcionar durante longos períodos de tempo ininterruptos. “Esta é uma maneira de chegar a uma máquina de fusão em estado estacionário”, disse Lunsford. “Você pode adicionar mais boro sem precisar desligar completamente a máquina.”

Existem outras razões para usar um conta-gotas de pó para revestir as superfícies internas de um tokamak. Por exemplo, os pesquisadores descobriram que injetar pó de boro tem o mesmo benefício que injetar gás nitrogênio no plasma – ambas as técnicas aumentam o calor na borda do plasma, o que aumenta o quão bem o plasma permanece confinado dentro dos campos magnéticos.