Fusion reactor tokamak

O tokamak é um dispositivo projetado para confinar plasma em altas temperaturas e viabilizar a fusão nuclear controlada, fonte potencial de energia limpa e praticamente inesgotável.

Sobre o tema

O tokamak, conceito proposto na década de 1950 pelos físicos soviéticos Igor Tamm e Andrei Sakharov, é até hoje a configuração mais promissora para a fusão nuclear controlada. Seu nome é um acrônimo russo que significa 'câmara toroidal com bobinas magnéticas'. O princípio básico consiste em confinar um plasma de deutério e trítio (isótopos do hidrogênio) a temperaturas superiores a 150 milhões de graus Celsius, utilizando campos magnéticos intensos gerados por bobinas que envolvem uma câmara em forma de rosca (toróide). Nessas condições, os núcleos atômicos superam a repulsão eletrostática e se fundem, liberando uma enorme quantidade de energia.

O maior projeto de tokamak em andamento é o ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), atualmente em construção na França, com participação de 35 países. ITER tem como objetivo demonstrar a viabilidade científica e tecnológica da fusão, produzindo 500 MW de potência a partir de 50 MW de entrada (ganho Q = 10). Outros tokamaks relevantes são o JET (Joint European Torus) no Reino Unido, que detém o recorde de potência de fusão (16 MW em 1997), e o KSTAR na Coreia do Sul, que atingiu plasmas de 100 milhões de graus por 30 segundos.

A fusão nuclear oferece vantagens sobre a fissão: combustível abundante (deutério extraído da água, trítio gerado a partir de lítio), resíduos de baixa radioatividade e de curta duração, e ausência de risco de reação em cadeia descontrolada. Apesar dos avanços, desafios enormes persistem, principalmente a estabilidade do plasma e o desenvolvimento de materiais capazes de suportar o intenso fluxo de nêutrons. Caso o ITER seja bem-sucedido, o próximo passo será o DEMO, um reator de demonstração que alimentará a rede elétrica.

Curiosamente, o tokamak também inspirou designs mais compactos, como os 'tokamaks esféricos' (exemplo: o NSTX-U nos EUA), que reduzem o volume do plasma e podem oferecer maior eficiência. Empresas privadas como a Commonwealth Fusion Systems e a TAE Technologies estão investindo em variantes do tokamak com ímãs supercondutores de alta temperatura, prometendo reatores comerciais até 2030. A pesquisa em fusão caminha lentamente, mas cada avanço nos aproxima de uma revolução energética.

Perguntas frequentes

Como um tokamak difere de um reator de fissão nuclear?

Enquanto a fissão divide núcleos pesados (urânio, plutônio) para liberar energia, a fusão combina núcleos leves (hidrogênio) em altas temperaturas. A fusão produz menos resíduos radioativos de longa duração e não apresenta risco de derretimento do núcleo ou reação em cadeia descontrolada.

Qual é a temperatura necessária para a fusão em um tokamak?

Deutério e trítio precisam de temperaturas acima de 150 milhões de °C para vencer a repulsão coulombiana. Para comparação, o centro do Sol está a cerca de 15 milhões de °C. Na Terra, as temperaturas precisam ser maiores devido às menores pressões.

O ITER vai produzir energia comercialmente?

Não diretamente. O ITER é um experimento científico para demonstrar que a fusão pode gerar mais energia do que consome (Q≥10). Um reator comercial (DEMO) viria depois, previsto para meados do século XXI.