Uma equipe de pesquisadores do Sandia National Laboratories trabalhando no reator da DIII-D National Fusion Facility está testando materiais para fazer a próxima geração de reatores de fusão, na busca de desenvolver mais fontes de energia livres de carbono.
Esses reatores de fusão de confinamento magnético, chamados tokamaks, usam campos magnéticos para moldar o plasma em forma de rosquinha que gera energia a partir da fusão nuclear. O DIII-D é a maior instalação desse tipo atualmente em operação no complexo do Departamento de Energia. Tokamaks criam altos fluxos de calor e partículas que podem causar erosão significativa dos materiais da parede do reator. Se esses materiais contaminarem o plasma central, pode ser impossível levar o reator a uma temperatura alta o suficiente para iniciar uma fusão estável e segura.
Jonathan Coburn é um desses pesquisadores, parte de uma equipe de Sandians que colabora com o DIII-D para testar e desenvolver materiais de fusão especializados muito necessários para o ambiente de plasma de fusão a quente.
“As interações plasma-material lidam com os efeitos que os íons e elétrons do plasma têm sobre um material e vice-versa”, explicou Coburn. “Dispositivos de fusão de confinamento magnético usam campos magnéticos muito fortes para gerar e, em seguida, confinar o plasma, e assim todos esses íons e elétrons estão interagindo e produzindo energia de fusão. Inevitavelmente, você tem exaustão do plasma que acaba impactando as paredes de sua embarcação .”
Os diferentes componentes voltados para o plasma desse reator são feitos de materiais como tungstênio, carbono e berílio, que interagem de maneira diferente quando irradiados por íons e elétrons.
Jonathan e a equipe realizam experimentos físicos e computacionais para testar a erosão do material, danos macroscópicos, retenção de gás e recristalização de amostras de tungstênio após essas interações de alta energia. A equipe não apenas deve descobrir como os materiais são danificados pelo ambiente de fusão, mas também deve entender como os subprodutos energéticos dessas interações de plasma são retidos no material exposto.
Agora, todo esse trabalho para tornar a geração de energia de fusão mais segura e confiável está sendo incorporado à próxima geração de reatores tokamak. O melhor exemplo é o tokamak ITER sendo construído na França. ITER, que significa “o caminho” em latim, é o maior reator já construído. Para 50 megawatts de potência de aquecimento de entrada, o ITER será capaz de gerar 500 megawatts de potência de saída. O trabalho da equipe terá impacto nesse projeto e ajudará a garantir o sucesso do ITER na produção de energia de fusão líquida segura e confiável.
“Muito do trabalho anterior feito no DIII-D contribuiu muito para o design geral do tokamak ITER”, disse Jonathan. “É muito emocionante poder ter a oportunidade de fazer esses experimentos de alto nível e alto risco para o DOE e avançar nas ciências da energia de fusão. É uma sensação realmente satisfatória, com certeza.”
Publicado em 22/01/2023 18h47
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