O Wendelstein 7-X stellator demonstrou claramente sua vantagem sobre os tokamaks

Um novo ciclo do reator de fusão experimental Wendelstein 7-X, lançado recentemente na Alemanha, comprovou as perspectivas do conceito stellator e sua vantagem sobre os tokamaks. Cientistas do Instituto Max Planck de Física de Plasma (IPP) em Greifswald estabeleceram um recorde para stellators, criando um novo padrão no campo de reações de fusão controladas.

Vista do núcleo da instalação Wendelstein 7-X. Fonte da imagem: IPP

Os stellators são tradicionalmente considerados mais estáveis ​​do que os tokamaks, pois não necessitam de corrente elétrica para contê-los. Em vez disso, o plasma é confinado por um sistema altamente complexo de campos magnéticos externos. Isso elimina uma importante fonte de instabilidade inerente aos tokamaks. No entanto, a alta complexidade do projeto torna os stellators mais caros para fabricar e configurar.

No entanto, a indústria aposta principalmente em tokamaks. Em particular, o projeto internacional do reator termonuclear ITER é um enorme tokamak. Os Stellators continuam sendo uma alternativa promissora, prometendo, em teoria, dimensões mais compactas, o que é conveniente para uso comercial. Os cientistas ainda precisam comprovar a possibilidade de manter reações termonucleares em stellators com menos custos de energia e recursos do que em tokamaks. Nesse sentido, a instalação alemã Wendelstein 7-X demonstrou estar na vanguarda do progresso.

Assim como nos tokamaks, as condições para a síntese de núcleos de hélio no processo de fusão de isótopos de hidrogênio são criadas nas câmaras de trabalho dos stellators. Para isso, o gás é aquecido a dezenas e centenas de milhões de graus, o que leva a substância ao estado de plasma. Os íons da substância adquirem energia, o que, com o envolvimento das leis da mecânica quântica, os faz superar a repulsão de Coulomb e se fundir, sintetizando átomos mais pesados ​​com a liberação de energia colossal.

No último ciclo experimental, o Wendelstein 7-X conseguiu atingir uma combinação recorde de três parâmetros-chave da fusão termonuclear: temperatura, densidade do plasma e seu tempo de confinamento. Este é um indicador extremamente importante: quanto maior o produto, mais próxima a instalação está do modo de reação autossustentável – o objetivo final de toda a direção termonuclear.

A chave para o sucesso do mais recente experimento Wendelstein 7-X foi o desenvolvimento de um novo injetor de combustível que combinava injeção contínua de combustível com aquecimento pulsado para manter a temperatura do plasma necessária. Durante um período de 43 segundos, 90 pastilhas de hidrogênio congelado foram disparadas no plasma a velocidades de até 800 m/s, aproximadamente a velocidade de uma bala. Pulsos programados de micro-ondas de alta potência aqueceram o plasma, que atingiu uma temperatura máxima de 30 milhões de ℃. Essa coordenação entre os pulsos de micro-ondas e a injeção de pastilhas aumentou significativamente o tempo em que o plasma pôde ser mantido estável.

O mesmo experimento também constatou que a rotatividade energética da reação aumentou para 1,8 GJ em um ciclo de seis minutos, superando o recorde anterior do reator de 1,3 GJ, estabelecido em fevereiro de 2023. A rotatividade energética é uma combinação da potência de aquecimento e da vida útil do plasma em um reator de fusão, sendo um indicador da capacidade do reator de manter plasma de alta energia. Trata-se, portanto, de mais um parâmetro importante para a operação de futuras usinas de energia, como demonstrado pelo stellarator experimental.

«Os resultados desta campanha experimental são mais do que apenas números. Eles representam um avanço significativo na comprovação do conceito do stellarator, possibilitado pela excelente colaboração internacional”, concluíram os cientistas do IPP.