O interior de um reator de fusão é um lugar de violência e caos. Um novo revestimento pulverizado a frio absorve o calor e ao mesmo tempo retém algumas das partículas rebeldes de hidrogênio, criando potencialmente câmaras de plasma menores e melhores. Embora a energia de fusão ainda esteja em fase experimental, o lançamento do maior e mais avançado reator de fusão tokamak do mundo no Japão, este mês, mostra que a tecnologia está passando da teoria à realidade.
Numa reação de fusão, o gás hidrogênio ionizado, denominado plasma, é submetido a pressão e calor equivalentes à pressão e ao calor no centro do sol. Isso faria com que os núcleos atômicos derretessem e liberassem enormes quantidades de energia limpa.
A criação de câmaras que contenham o plasma necessário para a fusão nuclear tem sido um desafio devido aos níveis extremamente elevados de calor e pressão necessários. Outro problema com o processo é que às vezes os átomos de hidrogênio são neutralizados e escapam do plasma, enfraquecendo a energia do plasma.
“Essas partículas neutras de hidrogênio causam perdas de energia no plasma, o que torna muito desafiador manter um plasma quente e ter um pequeno reator de fusão eficiente”, disse Mykola Ialovega, pós-doutorado em engenharia nuclear e engenharia física na UW-Madison. Ialovega lidera pesquisas sobre um revestimento que demonstrou a capacidade de passar fios dentro das cavidades dos reatores de fusão e capturar esse hidrogênio rebelde.
O revestimento é feito de metal tântalo e pode suportar temperaturas extremamente altas. O tântalo é pulverizado a frio sobre aço inoxidável e tem um desempenho excepcionalmente bom em condições semelhantes às da fusão nuclear.
Durante o processo de pulverização a frio, partículas de tântalo são pulverizadas no aço inoxidável e achatadas como panquecas. Os pesquisadores descobriram que mesmo quando comprimidas dessa forma, ainda existe um pequeno limite entre cada partícula, que é um canal ideal para reter partículas instáveis de hidrogênio. Quando o aço pulverizado é exposto a temperaturas mais elevadas, as partículas de hidrogênio aprisionadas são liberadas, essencialmente renovando o material para que possa ser reaproveitado.
A equipe elogiou o revestimento não apenas por sua capacidade de capturar e liberar hidrogênio repetidamente, ao mesmo tempo em que resiste a altas temperaturas e pressões, mas também por sua facilidade de uso.
"Outro grande benefício do método de pulverização a frio é que ele nos permite reparar peças do reator aplicando novos revestimentos no local. Atualmente, as peças danificadas do reator muitas vezes precisam ser desmontadas e substituídas por outras completamente novas, o que é caro e demorado", disse Ialovega.
A equipe planeja usar o revestimento no Espelho Axisimétrico Wisconsin HTS (WHAM), um dispositivo experimental que poderia ser usado em uma usina de fusão de próxima geração planejada pela RealtaFusion, uma subsidiária da UW-Madison.
Oliver Schmitz disse: "A criação de um compósito de metal refratário com boas propriedades de manuseio de hidrogênio, resistência à corrosão e elasticidade geral do material é um avanço para o projeto de dispositivos de plasma e sistemas de energia de fusão. Mudar a liga e adicionar outros metais refratários para melhorar o material compósito é particularmente interessante para aplicações nucleares."
Schmitz, professor de engenharia nuclear e engenharia física na UW-Madison, é coautor de um artigo que descreve as descobertas, que foi publicado na revista PhysicaScripta.