A fusão nuclear utiliza a imensa energia liberada pela fusão de duas partículas de luz. Isto requer temperaturas e pressões extremamente elevadas – é assim que as estrelas se alimentam – e, nem é preciso dizer, pouca coisa escapa ao processo de fusão.
Infelizmente, isso inclui o tungstênio, um metal raro conhecido pelos pesquisadores como uma matéria-prima promissora para reatores de fusão. Num estudo recente publicado na Physical Review Letters, os físicos realizaram simulações em grande escala que revelaram que o tungstênio é mais vulnerável à decomposição dentro dos reatores de fusão do que se acreditava anteriormente. O que entusiasmou os investigadores sobre o tungsténio foi a sua excepcional durabilidade contra o calor extremo, mas dada a imensa radiação produzida nos reactores de fusão, o novo trabalho diz que tudo isso é inútil.
“Nosso último artigo concentra-se nos danos primários da radiação, ou seja, os danos produzidos por um recuo nuclear”, disse Jesper Byggmästar, o primeiro autor do estudo e físico da Universidade de Helsinque, na Finlândia, ao Phys.org. “Compreender isso é um campo ativo de pesquisa.”
Fusão molecular
Em princípio, o dano por radiação ocorre quando reações energéticas produzem partículas altamente energéticas que atingem outra superfície. Neste caso, as reações de fusão liberam nêutrons de alta energia, que incluem o componente de tungstênio de um reator em átomos. Essa força pura pode tirar um átomo de seu lugar original, desencadeando uma reação em cadeia que pode atrapalhar a composição geral do elemento. Isso é conhecido como dano primário por radiação.
O estudo investigou como tais processos podem afetar o tungstênio, que o artigo observou ser “a principal escolha para o material de parede voltado para o plasma dos reatores de fusão tokamak”. Em outras palavras, a reação de fusão dentro de um reator de tungstênio é diretamente exposta à radiação que ocorre nos sistemas convencionais. No entanto, como a equipa explicou no artigo, a degradação dos metais expostos à radiação nem sempre é simples, uma vez que estas “camadas de colisão” podem recombinar-se.
Um bilhão de átomos de cada vez
Assim, a equipe tentou recriar o complexo caos da radiação em suas simulações. As simulações foram baseadas em informações bem compreendidas da dinâmica molecular sob pressão e submeteram o tungstênio a diferentes níveis de energia que podem ser experimentados em reatores de fusão antes, durante e depois de uma reação. Os investigadores simularam mil milhões de átomos de cada vez, comparando o seu trabalho com os modelos para garantir que reproduziam com precisão a dinâmica molecular da vida real.
“Durante a operação do reator e em testes de radiação, o material é exposto a altos níveis de radiação durante longos períodos de tempo e em longas escalas”, disse Pikemaster. Na verdade, as simulações mostraram que essa exposição prolongada à radiação degradou o tungstênio a uma taxa muito maior do que o esperado.
Resultados recentes não excluem necessariamente o tungstênio como parte de reatores de fusão. Por um lado, o ITER, a colaboração internacional para a investigação em fusão, já planeia utilizar o tungsténio como material para enfrentar o seu plasma, pelo que as lições são aplicáveis à forma como os investigadores podem conceber melhor componentes mais robustos e duráveis em geral, acrescentou Byggmästar.
