O Tokamak Supercondutor Avançado Experimental da China (EAST), um reator de fusão nuclear apelidado de “sol artificial”, conseguiu manter a estabilidade do plasma em densidades extremas. Segundo relatos, ele ultrapassou um marco fundamental na fusão nuclear, conhecido como limite de Greenwald, além do qual o plasma normalmente se torna instável. Essa descoberta potencialmente aproxima a humanidade da obtenção de energia limpa praticamente ilimitada.
Fonte da imagem: China News Service
De acordo com um comunicado da Academia Chinesa de Ciências, o tokamak supercondutor experimental EAST manteve a estabilidade do plasma — o quarto estado da matéria de alta energia — em densidades extremas, o que antes era considerado um sério obstáculo ao desenvolvimento da fusão nuclear. “Esses resultados apontam para um caminho prático e escalável para expandir os limites de densidade dos tokamaks e dos dispositivos de fusão de próxima geração”, disse Ping Zhu, professor da Universidade de Ciência e Tecnologia da China.
A fusão nuclear oferece o potencial para a produção de energia limpa praticamente ilimitada. No entanto, a tecnologia de fusão nuclear está em desenvolvimento há mais de 70 anos e permanece domínio de experimentalistas, já que os reatores existentes normalmente consomem mais energia do que conseguem produzir.
O reator EAST da China é um reator de confinamento magnético, ou tokamak, projetado para manter a estabilidade do plasma por longos períodos. Os reatores tokamak ainda não alcançaram a fusão autossustentável, mas o reator EAST aumentou significativamente a duração desse processo.
Um dos desafios para os pesquisadores de fusão nuclear é o limite de densidade, conhecido como limite de Greenwald, além do qual o plasma normalmente se torna instável. O problema é que, embora uma densidade de plasma mais alta permita que mais átomos colidam entre si, reduzindo a energia necessária para a ignição, a instabilidade interrompe a reação de fusão.
Para superar o limite de Greenwald,Cientistas chineses controlaram cuidadosamente a interação do plasma com as paredes do reator, manipulando dois parâmetros-chave durante a inicialização do reator: a pressão inicial do gás combustível e o aquecimento devido à ressonância ciclotrônica de elétrons, ou seja, a frequência na qual os elétrons do plasma absorvem micro-ondas. Isso permitiu que eles mantivessem a estabilidade do plasma em densidades extremas de 1,3 a 1,65 vezes o limite de Greenwald — muito além da faixa operacional típica de um tokamak, que varia de 0,8 a 1.
Esta não é a primeira vez que o limite de Greenwald é ultrapassado. Por exemplo, em 2022, pesquisadores alcançaram esse feito no tokamak DIII-D do Reator Nacional de Fusão do Departamento de Energia dos EUA, em San Diego, e em 2024, cientistas da Universidade de Wisconsin-Madison anunciaram que haviam conseguido manter um plasma estável em um tokamak em um nível aproximadamente 10 vezes superior ao limite de Greenwald em um dispositivo experimental.
No entanto, um avanço nas instalações do EAST permitiu que pesquisadores aquecessem o plasma pela primeira vez a um estado antes inatingível, chamado de “regime livre de densidade”, no qual o plasma permanecia estável mesmo com o aumento da densidade. A pesquisa se baseia na teoria da Auto-Organização Plasma-Parede (PWSO), que sugere que o “regime livre de densidade” é possível com uma interação cuidadosamente equilibrada entre o plasma e as paredes do reator.
Esse progresso servirá como base para o desenvolvimento de novos reatores. Dezenas de países participam do programa do Reator Experimental Termonuclear Internacional (ITER) para construir o maior tokamak do mundo na França. Espera-se queO ITER possibilitará o lançamento de reações termonucleares em escala real em 2039.