A energia de fusão continua sendo um objetivo difícil de alcançar, mas novos equipamentos estão permitindo testar ideias que chegaram cedo demais. Foi o que aconteceu no DIII-D, uma instalação experimental nos Estados Unidos. Pesquisadores demonstraram uma técnica proposta nos anos 1980 para gerar corrente elétrica no plasma com ondas de rádio. O avanço pode contribuir para um dos grandes desafios dos reatores: manter a operação por períodos prolongados.
A técnica recebe o nome de acionamento de corrente por ondas helicon. Ela utiliza um tipo específico de onda eletromagnética de alta frequência para transferir energia aos elétrons do plasma e produzir uma corrente interna.
Décadas atrás, os equipamentos disponíveis não conseguiam demonstrar o efeito previsto pela teoria. Agora, melhorias nas antenas, nas condições do plasma e nos instrumentos de medição permitiram retomar a proposta.
Os físicos Bob Pinsker, Jeff Lestz e Bart Van Compernolle, da General Atomics, dividiram a liderança do estudo, publicado na revista Physical Review Letters.
Por que manter um reator funcionando é tão difícil?
Uma das principais configurações estudadas para produzir energia de fusão é o tokamak, uma máquina com formato semelhante ao de uma rosquinha.
Dentro dela, campos magnéticos confinam o plasma, um gás extremamente quente formado por partículas eletricamente carregadas. O objetivo é criar condições para que núcleos atômicos se fundam e liberem energia.
Parte desse confinamento depende de uma corrente elétrica que percorre o próprio plasma. No funcionamento tradicional, um conjunto de bobinas e um solenoide central trabalham de maneira semelhante a um transformador para induzir essa corrente.
O problema é que esse processo tem duração limitada. Em algum momento, o sistema precisa reiniciar o ciclo, interrompendo a descarga de plasma.
Em entrevista ao Gizmodo, Pinsker explicou que o DIII-D opera com pulsos limitados a aproximadamente dez segundos. Equipamentos maiores podem sustentar pulsos de centenas de segundos, mas continuam sujeitos às limitações do acionamento indutivo.
Para uma futura usina, essas interrupções representam um obstáculo. Segundo Lestz, muitos estudos de projeto apontam a operação contínua como uma condição importante para a viabilidade comercial dos tokamaks.
Ondas de rádio podem ajudar a sustentar a corrente
Para superar essa limitação, os pesquisadores investigam métodos chamados de não indutivos. Eles permitem gerar corrente sem depender exclusivamente do mecanismo semelhante a um transformador.
Uma das possibilidades consiste em introduzir energia de radiofrequência no tokamak. Essa energia excita ondas no plasma, que interagem com os elétrons e os impulsionam, produzindo corrente elétrica.
Métodos desse tipo já funcionaram em diferentes experimentos. Entretanto, determinadas ondas podem enfrentar dificuldades para penetrar nas regiões mais internas do plasma.
As ondas helicon surgiram como uma alternativa potencial para contornar esse problema.
Pinsker ressalta que a técnica não representa uma abordagem inteiramente diferente para a fusão. Trata-se de uma tecnologia adicional que pode melhorar o funcionamento dos tokamaks e ampliar suas possibilidades de operação.
A teoria estava à frente dos equipamentos
A proposta despertou interesse nos anos 1980, mas os primeiros testes esbarraram em três dificuldades principais.
A primeira estava no plasma. Os tokamaks daquela época não produziam condições suficientemente próximas das esperadas em reatores para absorver adequadamente as ondas helicon.
A segunda envolvia o lançamento das ondas. As tecnologias disponíveis não transferiam a energia com a eficiência necessária.
Por fim, faltavam instrumentos capazes de identificar com clareza as pequenas correntes não indutivas produzidas no experimento.
Pinsker conhece essa história de perto: sua tese de doutorado tratava justamente da proposta. Em entrevista à Sociedade Nuclear Americana, ele explicou que os pesquisadores esperavam obter resultados mesmo em condições que os modelos consideravam pouco favoráveis.
Sem equipamentos adequados para testar a ideia, a abordagem acabou ficando de lado.
Uma nova antena permitiu recuperar o experimento
Nas décadas seguintes, a pesquisa em fusão avançou em diferentes frentes. Pinsker e seus colegas já preparavam a retomada da proposta em 2014, e uma nova rodada de experimentos começou no verão de 2024 no hemisfério norte.
O DIII-D passou a contar com uma antena especializada, conhecida como “comb-line”, capaz de lançar ondas helicon em direção ao plasma.
Dessa vez, o material estava quente o suficiente para absorver as ondas. Ao mesmo tempo, instrumentos mais avançados permitiram acompanhar com maior precisão o que acontecia dentro da máquina.
Segundo Pinsker, a equipe conseguiu identificar claramente o aquecimento associado à absorção da onda helicon.
Os pesquisadores também dedicaram atenção à análise estatística. O objetivo era demonstrar que o efeito se repetia de maneira consistente, sem depender da seleção de uma única descarga com resultado favorável.
O avanço ainda não significa fusão comercial contínua
Apesar do resultado, o caminho até uma aplicação em usinas permanece longo.
Lestz explicou ao Gizmodo que o DIII-D é uma instalação experimental e não reproduz integralmente as condições de um futuro reator. São justamente essas condições que tornam o acionamento por ondas helicon especialmente promissor.
Isso significa que o sucesso atual abre uma etapa de investigação. A equipe ainda precisa estudar o desempenho da técnica em outros cenários e esclarecer questões levantadas pelos testes.
Para Pinsker, uma das maneiras mais diretas de melhorar os resultados seria aumentar significativamente a potência transferida às ondas helicon dentro do plasma.
A demonstração também não resolve, sozinha, todos os desafios da fusão. Seu papel está em acrescentar uma ferramenta para sustentar e controlar a corrente necessária ao funcionamento do tokamak.
Depois de décadas, a proposta ganhou uma oportunidade que os equipamentos dos anos 1980 não podiam oferecer. Os próximos experimentos deverão mostrar até onde essa ideia recuperada pode contribuir para reatores capazes de operar por mais tempo.
