REATORES DE FUSÃO NUCLEAR PARA GERAÇÃO DE ENERGIA SUSTENTÁVEL

Engenheiros e físicos de todo o mundo trabalham para colocar em operação reatores de fusão nuclear, capazes de liberar energia suficiente para contribuir para o fornecimento de energia sustentável e segura. Para isso, estão sendo desenvolvidos osciladores de micro-ondas capazes de gerar até 150 milhões de graus Celsius no reator. Dessa forma, é possível fazer com que o combustível de trício atinja o estado de plasma, necessário na fusão nuclear. Esses osciladores são os chamados girotrons e vem sendo alvo de pesquisas do Instituto de Tecnologia Karlsruhe, na Alemanha. para o reator de pesquisa ITER e também para alguns menores, como Wendelstein 7X.

Fusão Nuclear: Janelas de diamante para alimentar uma estrela artificial

A radiação de micro-ondas dos girotrons precisam ser guiadas até o plasma magneticamente isolado e, para isso, são necessárias janelas com características especiais, feitas de diamante, pois até agora: “Nenhum outro material conhecido sobrevive à radiação de micro-ondas extrema e, ao mesmo tempo, tem a permeabilidade necessária com baixas perdas,” disse o professor Dirk Strauss, que está desenvolvendo a tecnologia de janelas de diamante com seu colega Theo Scherer. Para guiar a radiação de mais de um megawatt para o interior do reator de pesquisa ITER, várias janelas de diamante foram projetadas e produzidas em cooperação com parceiros da indústria. Enquanto isso, os pesquisadores já estão trabalhando em unidades de janela para o sucessor do ITER, chamado DEMO, no qual a energia será produzida a partir de 2050.

“Nossos discos têm um diâmetro de 180 mm e têm até 2 mm de espessura,” conta Theo Scherer. “Isso os torna a maior estrutura de diamantes sintéticos já produzida pronta para uso.”

Os discos são feitos de diamante sintético por deposição química a vapor (CVD), uma técnica especial de revestimento. Os diamantes CVD crescem em uma superfície de silício em um pequeno reator a vácuo no qual vai sendo inserida uma mistura de gases. Por meio de irradiação de micro-ondas, essa mistura é transformada em plasma, semelhante ao que acontece em um reator de fusão, mas com consumo de energia muito menor. O plasma consiste em hidrogênio atômico, que impede a formação indesejada de grafite, e uma pequena quantidade de metano, que fornece o carbono para o diamante.

“É um processo demorado e muito complexo,” conta Strauss. “A janela de diamante cresce alguns micrômetros por hora.”

O produto final é consequentemente caro: segundo Strauss, cada disco de diamante para o reator DEMO custa algo na faixa dos seis dígitos – mais de €$100.000 cada um.

Diamante monocristalino

A equipe está agora examinando a estrutura superficial e as características de alta frequência das janelas para avaliar as perdas de energia das micro-ondas ao atravessá-las.

“No momento, estamos trabalhando no desenvolvimento de discos de diamante monocristalino. Isso poderá reduzir ainda mais as perdas de micro-ondas durante a transmissão,” adiantou Scherer.

 

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