O deutério é um elemento químico muito especial. Esse isótopo difere do prótio, a personificação do hidrogênio mais abundante do universo, em apenas uma coisa: ele tem um nêutron em seu núcleo. O prótio não tem nenhum; apenas um próton e um elétron orbitando ao seu redor. O núcleo do deutério, no entanto, é formado por dois núcleons: um próton e um nêutron. O destaque, entretanto, é para sua participação no combustível usado em reatores experimentais de fusão nuclear.
Para produzir energia, máquinas muito sofisticadas, em especial aquelas que usam confinamento magnético, como o ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) – o reator experimental que um consórcio internacional liderado pela Europa está construindo na cidade francesa de Cadarache, ou o reator japonês JT-60SA –, confinam um gás extremamente quente dentro de uma câmara de vácuo. O interessante sobre esse plasma é que ele pode ultrapassar 150 milhões de graus Celsius e, principalmente, que contém os núcleos de deutério e trítio envolvidos na reação de fusão nuclear.
O trítio é outro isótopo do hidrogênio. Ele tem dois nêutrons em seu núcleo e, diferentemente do prótio e do deutério, é instável e, portanto, radioativo. Nessas circunstâncias, parece razoável concluir que o deutério é inofensivo, mas não é, de forma alguma. Na verdade, seus núcleos têm a capacidade de interagir com os metais mais expostos na câmara de vácuo do reator, degradando-os. Os escudos térmicos desta máquina são feitos de tungstênio e, curiosamente, o deutério e o tungstênio interagem de uma forma surpreendente.
Boro pode ajudar a quebrar a afinidade entre o tungstênio e o deutério
Os pesquisadores do ITER descobriram algo muito interessante: o tungstênio que absorveu núcleos de deutério lentos, aqueles que não adquiriram muita energia anteriormente, tem a capacidade a posteriori de absorver mais núcleos de deutério de movimento rápido. Tomi Vuoriheimo é um dos físicos de materiais da EUROfusion que está pesquisando para tentar entender por que esse fenômeno ocorre e até que ponto ele pode alterar a estrutura dos escudos de tungstênio e, portanto, também encurtar sua vida útil.
Ainda há muito trabalho a ser feito nesta área, mas os pesquisadores que trabalham no campo muito complexo da energia de fusão têm algo muito importante a seu favor: a boronização. O boro é um semicondutor, o que significa que dependendo da pressão, temperatura, radiação ou outras condições às quais o expomos, ele se comportará como um condutor de corrente elétrica ou como um isolante. E mais, é um semimetal, então ele tem algumas das propriedades características dos metais e outras dos não metais.
O curioso é que no domínio da fusão nuclear, o boro tem um papel absolutamente protagonista. Suas propriedades físico-químicas permitem que ele seja usado para espalhar uma fina camada sobre a superfície dos elementos da câmara de vácuo diretamente expostos ao plasma, a fim de reduzir significativamente as impurezas e aumentar o desempenho da reação. O processo de deposição de boro dentro do reator é conhecido, precisamente, como 'boronização'.
Tomi Vuoriheimo e outros pesquisadores suspeitam que o boro pode provar ser um aliado valioso para limitar drasticamente a absorção de núcleos de deutério pelo tungstênio que é diretamente exposto ao plasma do reator. Na verdade, este físico viajará em breve para a Romênia com o propósito de aplicar técnicas computacionais que ajudem os pesquisadores da EUROfusion a modelar e prever a penetração do deutério. Somente desta forma será possível resolver de uma vez por todas um dos muitos desafios enfrentados por esta tecnologia para tornar a energia de fusão comercialmente disponível no futuro.
Imagem | Fusion For Energy
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