Pesquisadores geram fusão a 100 milhões de Kelvin por 20 segundos

Geometria Tokamak e a evolução dos parâmetros de um modo FIRE. a, A configuração de plasma de um modo FIRE no KSTAR. A cor das linhas indica a temperatura do íon em quiloelétron-volts, com 10 keV correspondendo a cerca de 120 milhões de kelvin. b-i, A evolução temporal dos principais parâmetros físicos e de engenharia (tiro 25860). b, A corrente de plasma (Ip), força do campo magnético toroidal no eixo magnético (BT), potência de injeção de feixe neutro (PNBI) e potência de aquecimento por ressonância cíclotron eletrônica (PECH). c, Os fatores de aprimoramento de confinamento de energia em relação ao ITER89P e a lei de escala IPB98(y,2) (H89 e H98y2) e energia de plasma armazenada (WMHD). d, A densidade eletrônica média de linha (ne) e a densidade de íons rápidos média de linha dos cálculos NUBEAM (nfast). e, A temperatura do íon central e do elétron (Ti,0 e Te,0). f, A intensidade de emissão Dα. g, A tensão do circuito. h, A indutância interna (li), beta normalizado (βN) e as flutuações magnéticas detectadas pelas bobinas de Mirnov. i, A intensidade de radiação da linha de carbono de C2+→3+. Crédito: Natureza (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05008-1

Uma equipe de pesquisadores afiliados a várias instituições na Coreia do Sul trabalhando com dois colegas da Universidade de Princeton e um da Universidade de Columbia alcançou um novo marco no desenvolvimento da fusão como fonte de energia – eles geraram uma reação que produziu temperaturas de 100 milhões de Kelvin e durou 20 segundos. Em seu artigo publicado na revista Nature, o grupo descreve seu trabalho e para onde planeja levá-lo nos próximos anos.

Nos últimos anos, os cientistas vêm tentando criar reações de fusão sustentáveis dentro de usinas de energia como meio de gerar calor para conversão em eletricidade. Apesar dos avanços significativos, o objetivo principal ainda não foi alcançado. Os cientistas que trabalham no problema têm achado difícil controlar as reações de fusão – os menores desvios levam a instabilidades que impedem a continuação da reação. O maior problema é lidar com o calor gerado, que está na casa dos milhões de graus. Os materiais não podem manter o plasma tão quente, é claro, então ele é levitado com ímãs.

Duas abordagens foram concebidas: uma é chamada de barreira de transporte de borda – ela molda o plasma de uma maneira que impede que ele escape. A outra abordagem é chamada de barreira de transporte interna, e é do tipo usado pelos pesquisadores que trabalham no Centro de Pesquisa Avançada Tokamak Supercondutor da Coréia, o local da nova pesquisa. Ele funciona criando uma área de alta pressão perto do centro do plasma para mantê-lo sob controle.

Os pesquisadores observam que o uso da barreira interna de transporte resulta em um plasma muito mais denso do que a outra abordagem, e é por isso que eles optaram por usá-la. Uma densidade mais alta, eles observam, facilita a geração de temperaturas mais altas perto do núcleo. Também leva a temperaturas mais baixas perto das bordas do plasma, o que é mais fácil no equipamento usado para contenção.

Neste último teste na instalação, a equipe conseguiu gerar calor de até 100 milhões de Kelvin e manter a reação por 20 segundos. Outras equipes geraram temperaturas semelhantes ou mantiveram suas reações por um período de tempo semelhante, mas esta é a primeira vez que ambas são alcançadas em uma reação.

Em seguida, os pesquisadores planejam modernizar suas instalações para usar o que aprenderam nos últimos anos de pesquisa, substituindo alguns componentes, como elementos de carbono nas paredes da câmara, por novos feitos de tungstênio, por exemplo.

Publicado em 12/09/2022 10h36

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