Cientistas do Reino Unido avançam na fusão nuclear com alta pressão de plasma estável
Uma grande conquista na instalação experimental MAST Upgrade, localizada no Reino Unido, oferece um caminho promissor para superar um dos maiores obstáculos da fusão nuclear comercial. Pesquisadores conseguiram gerar plasma em alta pressão, mantendo sua estabilidade, um feito essencial para a produção de energia sustentável.
O Reino Unido registra mais um passo significativo em direção à fusão nuclear aplicável. A equipe de cientistas que opera o reator MAST Upgrade atingiu o nível mais alto de pressão de plasma já documentado na instalação, garantindo ao mesmo tempo que o material permanecesse em condições controladas.
A Autoridade de Energia Atômica do Reino Unido (UKAEA) divulgou essa descoberta após a conclusão da quinta campanha experimental do MAST Upgrade. Os testes, realizados entre 2025 e 2026, resultaram na produção de mais de 1.100 plasmas de fusão, consolidando os dados obtidos.
Este avanço é de particular relevância, pois futuras usinas de energia baseadas em fusão precisarão operar sob condições extremas, incluindo temperaturas, pressões e densidades elevadíssimas, enquanto mantêm o plasma sob controle rigoroso.
A fusão nuclear, processo que naturalmente ocorre no Sol, está sendo replicada na Terra por cientistas. Eles aquecem isótopos de hidrogênio a temperaturas colossais para formar plasma, um estado da matéria com carga elétrica e extremamente quente.
No mesmo tema: China verifica regime livre de densidade no tokamak EAST e avança na fusão nuclear
Para aumentar a eficiência e produtividade das reações de fusão, é indispensável que o combustível atinja altas temperaturas e densidades, e seja confinado de maneira eficaz dentro do reator.
A pressão é um fator crucial nesse processo. Plasmas de alta pressão têm o potencial de gerar mais energia de fusão em um volume menor, o que é fundamental para o desenvolvimento de reatores comerciais. Contudo, o aumento da pressão do plasma tradicionalmente leva a um grande desafio: a instabilidade.
Um dos problemas mais graves decorrentes dessa instabilidade é conhecido como Modo Localizado na Borda, ou ELM.
Os ELMs, ou Modulações Extremas de Nível de Energia, são surtos abruptos de instabilidade que se manifestam nas bordas do plasma de fusão. Eles provocam a liberação rápida de uma quantidade considerável de energia armazenada no plasma em direção aos componentes internos do reator.
Conforme informado pela UKAEA, um único evento de ELM pode expelir cerca de um décimo da energia contida no plasma. A repetição desses eventos é capaz de causar danos às paredes e aos componentes de exaustão das futuras usinas de fusão, elevando os custos de manutenção e possivelmente comprometendo a viabilidade econômica dessa fonte de energia.
Os resultados obtidos influenciam diretamente o projeto de futuras usinas de energia de fusão.
James Harrison, chefe de ciência do MAST Upgrade na UKAEA, afirmou que “produzir um plasma extremamente quente é apenas uma parte do desafio. Os cientistas também precisam encontrar maneiras de manter esse plasma sob controle.”
Ele acrescentou que “os resultados realmente moldam o projeto de futuras usinas de energia de fusão. O acesso a quatro regimes de plasma estáveis e de alto desempenho, incluindo o modo QH, o modo QCE e o modo I, além da nossa técnica inédita de controle de posição do plasma, demonstra que o MAST Upgrade está produzindo ciência na vanguarda do que é possível.”
Veja Também
Mais sobre o assunto: Maior reator de fusão nuclear do mundo toma forma na França para revolucionar a produção de energia
Harrison também ressaltou que “o nível de interesse internacional em nossos dados reflete o papel central do Reino Unido na pesquisa global de fusão, e essas descobertas nos aproximam ainda mais da energia de fusão prática.”
As experiências mais recentes realizadas no MAST Upgrade confirmam que a estabilidade do plasma pode ser mantida mesmo diante do aumento da pressão interna.
A equipe do MAST Upgrade investigou uma série de regimes operacionais avançados. O objetivo era suprimir ou atenuar as instabilidades que poderiam causar danos.
Entre as abordagens testadas, destacam-se a Exaustão Quase Contínua (QCE) e as Perturbações Magnéticas Ressonantes (RMP). Além disso, foram explorados dois regimes adicionais: o Modo H Quiescente (modo QH) e o Modo I.
Essas estratégias visam aprimorar o confinamento do plasma e reduzir os efeitos prejudiciais associados aos grandes ELMs. Os experimentos provaram que o MAST Upgrade pode operar em quatro regimes de plasma de alto desempenho e estáveis, sob condições que são relevantes para as próximas gerações de máquinas de fusão.
A importância desses achados transcende o próprio experimento. O objetivo final é criar métodos operacionais que possam ser aplicados em reatores projetados para a geração de eletricidade em larga escala.
Um dos avanços mais notáveis foi o desenvolvimento de um método inovador para detectar e ajustar a posição do plasma em tempo real, de forma automatizada.
A equipe do MAST Upgrade utilizou medições da luz visível emitida pelo deutério na área do divertor da máquina. Analisando essa luminosidade, os pesquisadores conseguiram identificar pequenas alterações na posição do plasma.
A relevância dessa técnica vai muito além do simples monitoramento experimental. As futuras usinas de fusão comerciais dependerão de sistemas de controle automatizados altamente sofisticados, capazes de responder às variações no plasma de maneira ágil e precisa.
Uma central de energia não poderá depender de intervenções manuais constantes por parte dos cientistas para ajustar cada parâmetro. O controle automatizado em tempo real será um requisito essencial para garantir uma operação contínua e confiável.
Entretanto, manter o plasma estável é apenas uma parte da complexidade. Um reator de fusão também precisa gerenciar quantidades extraordinárias de calor e de partículas expelidas durante o processo.
Nos experimentos de atualização do MAST, foi investigado o uso de nitrogênio nas bordas do plasma. Os pesquisadores observaram que a introdução de pequenas quantidades desse gás pode fazer com que uma parcela significativa da energia de exaustão seja liberada na forma de luz, facilitando o manejo do calor excessivo.
