Fusão nuclear de hidrogênio e boro é alcançada em reator experimental

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/03/2023

Modelo do reator experimental LHD, mostrando uma ilustração do plasma. À direita, ilustração das trajetórias das partículas alfa, em verde, que comprovam a fusão nuclear.
[Imagem: R. M. Magee et al. - 10.1038/s41467-023-36655-1]

Fusão hidrogênio-boro

Um instituto de pesquisas governamental e uma empresa emergente, ambos do Japão, anunciaram um sucesso significativo em uma rota alternativa para controlar a fusão nuclear para gerar energia limpa.

A maioria dos esforços em busca da fusão nuclear em todo o mundo está focada na combinação de isótopos de hidrogênio, o deutério e o trítio, ou trício. Por isso, os reatores tokamak, em forma de anel, têm sido otimizados para trabalhar com esse combustível.

O Instituto Nacional para Ciência da Fusão (NIFS) e a TAE Technologies, por sua vez, estão trabalhando na fusão de hidrogênio e boro, que exige equipamentos mais simples e não gera rejeitos radioativos.

Ao contrário dos tokamaks, a equipe japonesa está trabalhando em um reator linear muito compacto, parecido com um acelerador de partículas, só que trabalhando em uma configuração de campo invertido. Além de ser menor e mais versátil, o reator linear pode trabalhar com todos os ciclos de combustível de fusão disponíveis, incluindo o hidrogênio-boro (p-B11 ou p11B), o deutério-trício (D-T) e o deutério-hélio-3 (D-He3 ou D3He).

Os cálculos indicam que o reator linear permite obter um confinamento magnético mais eficiente do plasma, gerando até 100 vezes mais potência do que um tokamak equivalente.

"Embora os desafios de produzir o núcleo de fusão sejam maiores para o p11B do que para o D-T, a engenharia do reator será muito mais simples. Dito de forma simples, o caminho do p11B para a fusão troca os desafios de engenharia a jusante pelos desafios da física atual. E os desafios da física podem ser superados," escreveu a equipe.

Modelo do detector de partículas alfa (hélio), que confirmou a fusão nuclear.
[Imagem: R. M. Magee et al. - 10.1038/s41467-023-36655-1]

Fusão hidrogênio-boro

A equipe anunciou ter conseguido produzir as condições necessárias para a fusão do hidrogênio-boro, o que foi atestado por um novo detector também desenvolvido pelo consórcio, que fez medições dos produtos da fusão do hidrogênio e do boro: Núcleos de hélio, também conhecidos como partículas alfa.

Este primeiro sucesso não foi obtido ainda nos reatores lineares, mas no complexo reator LHD (Large Helical Device), pertencente ao NIFS, uma espécie de reator de fusão de um tipo chamado estelarator, formado por dois anéis entrelaçados. Já se sabia que era possível fundir núcleos de hidrogênio e boro, mas esta é a primeira vez que isto foi feito em um reator projetado para a produção de energia.

Embora o LHD não tenha sido projetado para suportar as temperaturas necessárias para a fusão hidrogênio-boro sustentada, a equipe conseguiu detectar 150 vezes mais colisões de hélio no plasma na máquina do que quando ela continha apenas um gás não reativo, o que é um sinal claro de que a fusão estava ocorrendo.

"Este experimento nos oferece uma riqueza de dados para trabalhar e mostra que o hidrogênio-boro tem um lugar na energia de fusão em escala de utilidade. Sabemos que podemos resolver o desafio da física em questão e fornecer uma nova forma transformacional de energia livre de carbono para o mundo que depende desse combustível abundante e não radioativo", disse Michl Binderbauer, membro da equipe.

Além de o combustível (hidrogênio e boro) ser amplamente disponível, a reação não gerou nenhuma partícula perigosa, confirmando as teorias de que esta pode ser uma rota ainda mais limpa para a fusão nuclear. Em comparação, o trício é raro e deve ser produzido a partir do lítio no próprio reator, e a reação D-T também produz algum lixo radioativo.

O reator para a fusão nuclear hidrogênio-boro é muito mais simples do que os concorrentes.
[Imagem: TAE Technologies]

Primeiros passos

É preciso ressaltar que esta demonstração passou longe de obter a geração líquida de energia, como já realizado por outras vias. E, para chegar lá, será necessário gerar plasmas com temperaturas muito mais altas do que as necessárias para os tokamaks tradicionais.

Uma equipe australiana também está trabalhando na fusão nuclear de hidrogênio e boro, mas ainda não obteve os resultados práticos alcançados agora pela equipe japonesa.

O próximo passo será obter o mesmo resultado nos reatores lineares desenvolvidos sob coordenação da TAE. A empresa já construiu cinco versões desses aparelhos, tendo registrado a geração e confinamento do plasma mais de 140.000 vezes.

A equipe agora está trabalhando em dois novos reatores: O próximo, batizado de Copérnico, deverá demonstrar a geração líquida de energia a partir da fusão hidrogênio-boro, enquanto a outra, batizada de Da Vinci, deverá ser capaz de transferir essa energia na forma de eletricidade para a rede de distribuição, algo que a empresa espera conseguir na próxima década.

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