Muitas incógnitas permanecem em relação ao lançamento do primeiro reator de fusão autossustentável do mundo. O megaprojeto ITER está em construção na França, os chineses estão produzindo tokamaks experimentais e dezenas de startups prometem soluções milionárias e assinam contratos bilionários com gigantes da computação em larga escala. Mas é improvável que alguém possa afirmar com certeza quem será o primeiro nessa corrida pela fusão controlada. Todos querem ser os primeiros, inclusive a Commonwealth Fusion Systems.
Fonte da imagem: Commonwealth Fusion Systems
Recentemente, a Commonwealth Fusion Systems, uma empresa derivada do MIT, publicou cinco artigos revisados por pares no Journal of Plasma Physics sobre a justificativa física do projeto de sua usina de fusão nuclear ARC. Os artigos detalhados (aproximadamente 40 páginas de texto e fórmulas cada) descrevem os cálculos, modelos e principais decisões de engenharia e projeto físico para o futuro reator.
O reator e a usina ARC são projetados para serem o próximo passo após o desenvolvimento do tokamak de demonstração SPARC, que está sendo construído como uma instalação compacta com poderosos ímãs supercondutores de alta temperatura. O sistema SPARC está 70% concluído e, assim que estiver operacional, a construção do sistema ARC começará imediatamente, tornando a fusão a partir de CFS uma realidade até 2035.
A plataforma ARC funcionará pela fusão de deutério e trítio, isótopos pesados do hidrogênio. A fusão produz um núcleo de hélio, um nêutron e energia. O hélio contribui parcialmente para o aquecimento do plasma, mas depois se transforma em “cinzas” que precisam ser removidas do reator. Nêutrons e radiação aquecerão uma camada de sal fundido ao redor da câmara. Esse sal também contém lítio que, sob a ação de nêutrons, deverá produzir novo trítio para alimentar o reator. De acordo com o projeto atual, espera-se que o ARC produza aproximadamente 1,13 GW de energia de fusão, dos quais cerca de 500 MW podem ser convertidos em eletricidade. Após deduzir a energia para as necessidades da própria estação, aproximadamente 400 MW serão fornecidos à rede elétrica.
O reator operará ciclicamente: 15 minutos de reações de fusão se alternarão com aproximadamente [informação faltante].Pausas mínimas para reinicializações do sistema e limpeza rápida. Devido à inércia térmica, o sistema continuará a gerar eletricidade sem quedas repentinas. Para alcançar isso, será implementado um projeto clássico de turbina a vapor: sais fundidos ferverão a água e o vapor girará a turbina do gerador.
A estabilidade do plasma continua sendo uma preocupação fundamental: a instabilidade do campo magnético pode levar à perda do confinamento do plasma e danos às paredes internas. O tungstênio será usado para proteger as superfícies internas da câmara de trabalho, e um desviador será utilizado para remover o excesso de calor, “cinzas” de hélio e impurezas. Este desviador removerá parte do material da zona de confinamento durante o ciclo operacional do reator. Além disso, o ARC foi projetado com uma câmara de vácuo substituível, que precisará ser trocada a cada um ou dois anos. Para facilitar a manutenção, a câmara de trabalho será dividida em duas seções, o que parece ser uma solução de engenharia bastante complexa.
Os desenvolvedores da Commonwealth Fusion Systems admitem que algumas questões técnicas permanecem sem solução e serão abordadas durante os testes do protótipo do reator SPARC. Contudo, o reator SPARC não prevê a remoção de calor nem a geração de energia, portanto o ARC também se tornará pioneiro em diversos aspectos práticos da operação de reatores de fusão. A justificativa física para o projeto, apresentada à comunidade científica, dá esperança de que ele seja implementado em um futuro próximo, e não na década de 2040 ou posteriormente, como provavelmente ocorrerá com o projeto ITER e outros.