Uma equipe de físicos e engenheiros da Universidade de Princeton construiu um reator de fusão torcido conhecido como stellarator que usa ímãs permanentes, apresentando uma maneira potencialmente econômica de construir máquinas poderosas. Seu experimento, chamado MUSE, depende de peças impressas em 3D e prontas para uso.
A fusão nuclear, a reação que alimenta estrelas como o nosso Sol, produz enormes quantidades de energia através da fusão de átomos (não deve ser confundida com a fissão nuclear, que produz menos energia através da divisão de átomos). A fissão nuclear é a reação no núcleo dos reatores nucleares modernos que alimentam as redes elétricas; os cientistas ainda não decifraram o código da fusão nuclear como fonte de energia. Mesmo depois que esse objetivo há muito almejado for alcançado, o dimensionamento da tecnologia e torná-lo comercialmente viável é seu próprio animal.
Stellarators são dispositivos em forma de cruller que contêm plasmas de alta temperatura, que podem ser ajustados para promover as condições para reações de fusão. Eles são semelhantes aos tokamaks, dispositivos em forma de donut que executam reações de fusão. Tokamaks dependem de solenóides, que são ímãs que transportam corrente elétrica. MUSA é diferente.
“Usar ímãs permanentes é uma maneira completamente nova de projetar estelaradores”, disse Tony Qian, físico da Universidade de Princeton e principal autor de dois artigos publicados no Jornal de Física do Plasma e Fusão nuclear que descrevem o design do experimento MUSE. “Essa técnica nos permite testar novas ideias de confinamento de plasma rapidamente e construir novos dispositivos com facilidade.”
Os ímãs permanentes não precisam de corrente elétrica para gerar seus campos magnéticos e podem ser adquiridos no mercado. O experimento MUSE colou esses ímãs em uma concha impressa em 3D.
“Percebi que mesmo que estivessem situados ao lado de outros ímãs, os ímãs permanentes de terras raras poderiam gerar e manter os campos magnéticos necessários para confinar o plasma para que as reações de fusão pudessem ocorrer”, disse Michael Zarnstorff, pesquisador do Laboratório de Física de Plasmas da universidade e investigador principal do projeto MUSE, em comunicado de imprensa. “Essa é a propriedade que faz esta técnica funcionar.”
No ano passado, cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL) do Departamento de Energia alcançou o ponto de equilíbrio em uma reação de fusão; isto é, o reação produziu mais energia do que foi necessária para alimentá-la. No entanto, esse elogio negligencia a consideração do “poder de parede” necessário para induzir a reação. Em outras palavras, ainda há um longo caminho pela frente.
A descoberta do LLNL foi feita através do brilho de lasers poderosos em uma pelota de átomos, um processo diferente das reações de fusão baseadas em plasma que ocorrem em tokamaks e stellarators. Pequenos ajustes nos dispositivos, como a implementação de ímãs permanentes no MUSE ou um desviador de tungstênio atualizado no tokamak KSTARtorna mais fácil para os cientistas replicarem as configurações experimentais e realizarem experimentos em altas temperaturas por mais tempo.
Tomadas em conjunto, estas inovações permitirão aos cientistas fazer mais com os plasmas na ponta dos dedos e talvez – apenas talvez – alcançar o alardeado objetivo de energia de fusão utilizável e escalável.