Em uma série de seis artigos científicos publicados na edição de março do IEEE Xplore, os cientistas do MIT descreveram o desenvolvimento e os princípios operacionais de novos eletroímãs baseados em supercondutividade de alta temperatura. Este desenvolvimento é considerado o maior avanço no campo da criação de reatores de fusão comercialmente viáveis nos últimos 30 anos.
Fonte da imagem: MIT
Os primeiros testes de um protótipo em grande escala de um eletroímã supercondutor de alta temperatura ocorreram em 5 de setembro de 2021 nos laboratórios do Centro de Ciência e Fusão de Plasma do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (PSFC). O produto pesando cerca de 9 toneladas criou um campo eletromagnético com força de 20 Tesla. O design do eletroímã foi criado do zero a partir de novos princípios e testes em larga escala confirmaram a correção dos cálculos, dos modelos e da própria ideia, que na época era extremamente inovadora.
Antes do advento deste desenvolvimento, as tecnologias e eletroímãs então existentes já podiam criar campos com a intensidade necessária para manter o plasma aquecido a 100 milhões de °C isolado das paredes da câmara de trabalho. Contudo, a eficiência de tais sistemas estava longe dos requisitos de rentabilidade. Cientistas do MIT e colegas da Commonwealth Fusion Systems conseguiram criar eletroímãs muito mais compactos e mais baratos de fabricar e manter, o que lhes permitiu reivindicar uma eficiência energética impressionante.
«Da noite para o dia, isso praticamente alterou o custo por watt de um reator de fusão em quase 40 vezes”, como afirmaram posteriormente os participantes do experimento. “Agora a fusão termonuclear tem uma chance”, dizem os cientistas. “O projeto mais amplamente utilizado para dispositivos experimentais de fusão tem a chance de se tornar econômico porque há avanços e avanços nesta área.” É a capacidade de reduzir significativamente o tamanho e o custo dos objetos que tornaria possível a fusão nuclear.
Um dos segredos do sucesso do novo design de eletroímãs foi a recusa em isolar os fios dos enrolamentos da bobina. É difícil de acreditar, mas os cientistas usaram fios desencapados no enrolamento sem medo de quebras ou curtos-circuitos. O efeito da supercondutividade criou tais condições nos enrolamentos que o curto-circuito entre as espiras poderia ser desprezado. O experimento confirmou o acerto da escolha. A bobina eletroímã permaneceu confiável e tornou-se muito menor em tamanho, bem como em custo e em termos do tamanho geral do reator.
O supercondutor de alta temperatura REBCO foi escolhido como enrolamento – é um óxido de bário-cobre de terras raras, que permite obter um efeito supercondutor a uma temperatura de 20 K – isto é 16 K acima da supercondutividade normal, o que muda as regras de o jogo apesar da diferença aparentemente pequena na profundidade de resfriamento. Um eletroímã exigiu 300 km de tira REBCO. Imagine quanta economia de espaço na bobina é possível eliminando o isolamento desse fio. Aliás, o MIT não informou o fornecedor desse fio, então pode muito bem ser o fabricante chinês Shanghai Superconductor, por exemplo.
Posteriormente, durante testes do ímã em condições críticas, foram testados modelos teóricos de seu comportamento até a destruição parcial (derretimento do enrolamento). Isto foi importante para melhorar o projeto e testar as características de desempenho dos eletroímãs para uso em futuros reatores de fusão. A publicação de artigos de desenvolvimento hoje tornou-se possível após o recebimento de patentes sobre o projeto de eletroímãs e os princípios de seu funcionamento. A investigação aproxima-nos do momento em que um Sol artificial poderá iluminar-se na Terra e a energia nas redes eléctricas tornar-se-á infinita e praticamente limpa.