Em meados de 2020, os líderes dos Estados participantes do projeto lançaram a construção do elemento principal do futuro reator: o tokamak, ou seja, do sistema de retenção e aquecimento do plasma. Em nova matéria, a Sputnik conta sobre a contribuição russa para um dos maiores projetos da humanidade.
O mundo da energia termonuclear
As reações termonucleares produzem enorme energia, porém a temperatura do plasma onde ocorrem estas reações pode chegar a dezenas e centenas de milhões de graus. Vale notar que os materiais mais resistentes a altas temperaturas podem suportar 3-4 mil graus no máximo.
A energia termonuclear pode ser usada se se "afastar" o plasma das paredes do reator com campos magnéticos fortes, explicam os cientistas. A melhor "armadilha" para o plasma termonuclear, chamada de tokamak, foi proposta pelos acadêmicos soviéticos Andrei Sakharov e Igor Tamm, no início da década de 1950. O primeiro tokamak foi criado no Instituto Kurchatov.
A diferença entre um reator nuclear e um reator termonuclear é a seguinte: no primeiro caso, ocorre a fissão dos núcleos; já no segundo, o que acontece é a síntese nuclear no plasma, cuja densidade é cem mil vezes menor que a densidade do ar. Isso impossibilita a explosão, contribuindo para sua segurança intrínseca. Tal reator produzirá hélio e trítio, elementos seguros, o trítio será usado para manter a própria reação.
"O ITER é o portão para a energia termonuclear que o mundo deve atravessar." As palavras são do autor da iniciativa, o presidente honorífico do Instituto Kurchatov e acadêmico Yevgeny Velikhov. A missão do ITER, iniciativa lançada em meados dos anos 1980, é demonstrar a possibilidade de uso industrial da energia termonuclear.
Atualmente, o projeto conta com sete participantes: a União Europeia, a Índia, a China, a Coreia do Sul, a Rússia, os EUA e o Japão. A sede do ITER está situada na cidade francesa de Cadarache, perto do canteiro de obras.
Além da contribuição fundamental em ideias e engenharia, a Rússia desenvolveu vários dos elementos-chave do ITER, inclusive o cabo supercondutor e os melhores girotrons (dispositivos que usam radiação eletromagnética de altíssima frequência para aquecer o plasma).
O desafio do trítio
O combustível usado no ITER será uma mistura de deutério e de trítio, isótopos do hidrogênio. O deutério é fácil de se obter da água, já o trítio será produzido no próprio reator.
Sendo uma instalação experimental, o ITER não vai produzir energia elétrica, porém, nos reatores termonucleares comerciais um grama de combustível poderá resultar em energia equivalente à de 10-20 toneladas de hidrocarbonetos.
Um dos riscos relacionados ao funcionamento do reator consiste na acumulação de trítio radiativo na câmara de descarga do tokamak. Por isso, sua quantidade será limitada por padrões de segurança.
Os materiais da parede interior da câmara, tungstênio e berílio, não acumulam muito trítio. Contudo, os cientistas acreditam ser necessário elaborar métodos para controlar regularmente à distância o teor de trítio.
A quantidade total deste isótopo presente dentro da câmara pode ser calculada com base nas quantidades do gás de entrada e de saída.
A radiação laser que os cientistas começaram a usar permite uma medição local mais exata: o laser provoca uma espécie de "evaporação" da camada superficial da parede interior e posteriormente as partículas formadas serão captadas e analisadas.
Este problema essencial será tratado pelo laboratório chefiado por Yuri Gasparyan, um jovem docente do Departamento de Física do Plasma do Instituto de Tecnologias de Laser e Plasma da Universidade Nacional de Pesquisa Nuclear MEPhI.
"Nossa tarefa é aprender a medir a concentração dos isótopos de hidrogênio, leves e muito móveis, expondo a parede do reator à menor influência possível. Os testes estão planejados para ocorrerem tanto em instalações de laboratório, como no tokamak Globus-F2 no Instituto Físico-Técnico Ioffe", diz o cientista.
Poeira perigosa
O isolamento térmico do plasma por ação magnética dentro do campo magnético toroidal não garante que as paredes do reator sejam isentas de exposição às partículas e à radiação. Elas podem levar a erosão, produzindo poeira.
Os cálculos demonstram que as partículas de poeira vão se acumular no fundo da câmara de descarga do tokamak, ameaçando o reator: além de ser inflamável, a poeira acumula trítio radiativo.
Para controlar a quantidade e a composição da poeira sem ter que parar o reator, um grupo de cientistas da MEPhI, chefiado pelo professor Leon Begrambekov, sugeriu usar uma sonda especial com potencial elétrico aplicado.
No campo elétrico, criado entre a sonda e a superfície da parede, as partículas de poeira vão eletrizar-se e ser atraídas a um receptor especial. Assim, a sonda seria uma espécie de aspirador do pó, que depois seria retirado do reator através de portas especiais.
Vanguarda científica
Mil e cem especialistas de todos os países-membros trabalham na equipe central do projeto em Cadarache, além de várias dezenas de milhares de cientistas e engenheiros que fazem parte de equipes nacionais.
"A MEPhI, e o Departamento de Física do Plasma em particular, é um dos participantes ativos do projeto, inclusive em termos de formação profissional. Por mais de meio século o nosso departamento forma especialistas em física de plasma quente e síntese termonuclear controlada. Nossos finalistas trabalham tanto na equipe central como nas equipes nacionais do ITER, enquanto a geografia das nossas colaborações abrange quase todo o planeta", conta Valery Kurnaev, chefe do Departamento de Física do Plasma da MEPhI.
Os especialistas do Departamento já criaram dispositivos que permitem estudar a interação do plasma e de seus componentes (íons, elétrons, átomos neutros) com diferentes materiais. Foram elaboradas teorias e criados códigos para descrever estes processos e muitos cientistas foram formados aqui.
Entre os trabalhos já realizados pelos especialistas do departamento no âmbito do ITER está a criação do método de detecção espectroscópica de vazamentos de água no plasma dos elementos de resfriamento da primeira parede do reator, a elaboração de métodos de estudo da influência da descarga luminescente purificadora nos primeiros espelhos dos sistemas diagnósticos de laser, bem como a criação de escudos de proteção para coletores da radiação magnética.
