A fusão nuclear acaba de dar um salto histórico que pode acelerar a chegada de uma nova era energética. Um avanço alcançado pelo “Sol Artificial” da China veio desafiar limites físicos considerados intransponíveis há décadas.
O limite de Greenwald como travão histórico
Durante quatro décadas, os cientistas da fusão nuclear viveram sob a sombra de um número: o limite de Greenwald. Algo que, em essência, é o “tecto de vidro” dos reactores do tipo tokamak e que supostamente impede a produção de mais energia do que aquela que conseguem suportar.
Contudo, o chamado “Sol Artificial” da China quebrou completamente esse tecto e, ainda por cima, de forma estável, superando o modelo europeu.
O que é o limite de Greenwald?
O limite de Greenwald é uma regra empírica da física da fusão nuclear que define a densidade máxima de plasma que um reactor do tipo tokamak consegue manter de forma estável.
Foi formulado em 1989 pelo físico Martin Greenwald e estabelece que, acima de um determinado valor de densidade, o plasma torna-se instável. Quando esse limite é ultrapassado, o plasma arrefece nas bordas, a corrente eléctrica colapsa e o reactor pode sofrer uma disrupção, uma paragem brusca potencialmente danosa.
Durante décadas, este limite funcionou como um tecto físico para a fusão nuclear. Os reactores operavam sempre muito perto dele, mas evitavam ultrapassá-lo, pois isso colocava em risco a integridade da máquina.
Superar o limite de Greenwald de forma estável significa, por isso, produzir muito mais energia sem comprometer a segurança, algo considerado impossível até há pouco tempo.
A importância da densidade no interior do reactor
Para compreender este feito, é preciso primeiro entender o problema. Num reactor de fusão, a potência gerada depende do quadrado da densidade. Desta forma, quanto maior for a densidade no interior do reactor, muito mais energia será produzida.
No entanto, em 1989, o físico Martin Greenwald formulou uma regra que se manteve invicta: existe uma densidade máxima.
Se essa densidade máxima for ultrapassada, o plasma no interior do reactor torna-se instável.
O que significa isto?
Que, ao ultrapassar essa linha, a borda do plasma arrefece demasiado devido à radiação, a corrente eléctrica contrai-se e o reactor sofre uma disrupção, uma paragem súbita que pode até danificar a estrutura do reactor.
O momento em que o limite foi ultrapassado
Desta forma, os físicos nucleares sempre estiveram muito atentos a este limite, uma vez que ultrapassá-lo pode gerar um grande caos numa central nuclear.
No entanto, logicamente, o objectivo é sempre tirar o máximo partido possível de todos os recursos disponíveis. Por isso, trabalharam sempre muito perto deste limite, mas nunca o ultrapassaram.
Até que, finalmente, foi possível superá-lo e retirar esta limitação ao “velocímetro” da energia nuclear.
Os investigadores conseguiram este feito, como relataram num artigo publicado na Science Advances, onde indicam que alcançaram densidades estáveis entre 1,3 e 1,65 vezes o limite de Greenwald. Não foi por força bruta, mas sim por “finura” experimental. Algo que conseguiram alcançar no Sol Artificial chinês.
Sol artificial: um novo regime para a fusão nuclear
Isto significa que o reactor foi capaz de operar a 165% da sua capacidade teórica máxima sem sofrer qualquer disrupção. É como se tivéssemos descoberto que um motor concebido para circular a 200 km/h consegue andar a 330 km/h de forma constante e sem sobreaquecer.
A chave não foi apenas “meter mais gás”, mas mudar a forma como o Sol Artificial interage com as suas próprias paredes. Ao contrário de outros reactores, o Sol Artificial chinês tem paredes de tungsténio, um metal que resiste melhor ao calor e contamina menos o plasma.
Para além desta característica das paredes, os investigadores utilizaram ondas micro-ondas de alta potência para aquecer e “limpar” o plasma imediatamente antes da ignição.
A isto junta-se a validação de uma nova teoria que defende que, sob certas condições, o plasma “organiza-se a si próprio” para se afastar das paredes e manter-se estável, mesmo com densidades extremas.
Cientistas que trabalham com o Tokamak Supercondutor Avançado Experimental (EAST) da China, totalmente supercondutor, alcançaram com sucesso um “regime de densidade zero” há muito teorizado em experiências de plasma de fusão.
China mais perto da energia infinita
O que o Sol Artificial da China demonstrou é que o regime “livre de densidade” é real. Isto muda as regras do jogo para o ITER, o grande reactor internacional em construção em França, e para o futuro CFETR, o reactor com o qual a China espera começar a injectar energia de fusão na rede eléctrica antes de 2040.
Com este novo marco, deixarão de fazer sentido reactores gigantes, já que, com esta nova teoria, não são necessárias máquinas gigantescas para obter a mesma energia. Além disso, ao operar neste novo regime, o risco de o plasma danificar o reactor reduz-se drasticamente, pois já não se estará a “brincar” com o limite.
Mas o mais relevante é que se comprovou que quanto mais denso é o plasma, mais perto estamos da “ignição”, o ponto em que o Sol Artificial gera mais energia do que aquela que consome. Isto pode significar que estamos mais próximos da tão desejada energia infinita.