Os íons contidos em um reator de fusão compacto, cujo diâmetro não excede um metro (equivalente a menos de três pés), foram elevados a uma temperatura de 100 milhões de graus Celsius (aproximadamente 180 milhões de graus Fahrenheit), constituindo um marco significativo na busca pela viabilização da energia de fusão nuclear como uma realidade prática.

Um marco significativo foi alcançado por pesquisadores da Tokamak Energy Ltd, no Reino Unido, do Laboratório Nacional de Princeton e Oak Ridge, nos Estados Unidos, e do Institute for Energy and Climate Research, na Alemanha, ao estabelecerem um recorde em um dispositivo conhecido como tokamak esférico (ST).

Em contraste com os reatores convencionais, nos quais o combustível aquecido segue trajetórias mais circulares em forma de rosquinha, o tokamak esférico confina o plasma em um redemoinho com formato semelhante a uma maçã com caroço, visando aprimorar a estabilidade e a viabilidade prática da geração de energia.

A fusão nuclear reproduz os processos nucleares fundamentais presentes no núcleo do nosso Sol e em estrelas semelhantes, nos quais a fusão de elementos menores resulta na formação de elementos mais pesados.

Caso sejamos capazes de dominar essa técnica – o que é uma tarefa desafiadora -, teríamos acesso a uma fonte praticamente inesgotável de energia limpa, desprovida de quaisquer emissões prejudiciais.

Enquanto as estrelas dispõem de uma grande quantidade de gravidade para facilitar a fusão de elementos e liberar energia, nós, por outro lado, nos vemos obrigados a depender do calor. Um calor considerável, aliás, com temperaturas várias vezes superiores ao núcleo solar.

Elevar a temperatura dos íons, também conhecidos como ingredientes atômicos, a pelo menos 100 milhões de graus Celsius (ou qualquer valor acima de 100 milhões de graus Kelvin, equivalente a 8,6 kiloelétronvolts em termos de energia) desempenha um papel crucial na obtenção das pressões adequadas.

“Temperaturas de íons superiores a 5 keV [kiloelétronvolts] não foram previamente alcançadas em nenhum tokamak esférico (ST) e foram obtidas apenas em dispositivos consideravelmente maiores, dotados de um significativo poder de aquecimento do plasma”, afirmam os pesquisadores em seu artigo publicado.

Nesse experimento, utilizou-se um tokamak esférico denominado ST40. Apesar da necessidade de um aparato adequado para garantir a segurança, o próprio reator possui um diâmetro de apenas 0,8 metro, uma dimensão consideravelmente menor em comparação aos tokamaks de maior escala, os quais podem alcançar vários metros de diâmetro.

Comparativamente aos reatores de fusão de maior porte, esses dispositivos de menor escala apresentam vantagens como menor custo de construção e potencialmente maior eficiência e estabilidade – fatores cruciais para a viabilidade comercial dessa tecnologia.

Os pesquisadores implementaram uma série de otimizações visando alcançar o novo recorde de temperatura, as quais incluíram o aproveitamento do tokamak esférico (ST) em si e o aprimoramento do preparo do plasma, tanto em relação ao aquecimento quanto à densidade de elétrons.

Algumas técnicas foram adotadas a partir dos experimentos de “supershot” realizados na década de 1990 no Tokamak Fusion Test Reactor, o qual possui dimensões consideravelmente maiores que o ST40. Essencialmente, essa abordagem consistia na aplicação de uma grande quantidade de calor em um curto espaço de tempo.

Além disso, os cientistas empregaram outra estratégia de otimização, que consistiu em aquecer os íons carregados positivamente de forma mais intensa do que os elétrons carregados negativamente no interior do plasma. Essa abordagem, conhecida como modo de íon quente, contribui para o aumento do número de reações e o aprimoramento do desempenho do tokamak.

“Essas temperaturas foram alcançadas em cenários de modo de íon quente, nos quais a temperatura dos íons supera a dos elétrons, normalmente por um fator de dois ou mais”, afirmam os pesquisadores em seu estudo.

Embora essa conquista e outras semelhantes sejam, sem dúvida, emocionantes, a fusão nuclear ainda se encontra em estágio experimental, enfrentando diversos obstáculos a serem superados antes de se tornar uma fonte viável de energia.

Não há consenso unânime sobre a possibilidade de se alcançar a produção de energia por meio da fusão nuclear, considerando os desafios técnicos envolvidos.

Esses desafios são ressaltados nesta pesquisa: a temperatura máxima foi mantida por apenas 150 milissegundos. Embora seja uma conquista notável no âmbito laboratorial, esse intervalo de tempo é insuficiente para contribuir significativamente com a rede de energia.

No entanto, cada descoberta nos aproxima do objetivo final – e essa é particularmente destacável, pois os tokamaks esféricos são considerados uma das opções mais promissoras para alcançar reações de fusão nuclear de maneira que as equações de energia e economia necessárias sejam viáveis.

“Os resultados obtidos nesta pesquisa demonstram, pela primeira vez, que temperaturas de íons relevantes para a fusão nuclear em sistemas de confinamento magnético comercial podem ser alcançadas em um tokamak esférico compacto de alto campo. Esses achados são promissores e indicam um futuro promissor para a construção de usinas de energia de fusão baseadas em tokamaks esféricos de alto campo”, afirmam os pesquisadores em seu estudo.

A pesquisa foi publicada na Nuclear Fusion.

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