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A importância do tungstênio na fusão nuclear: Conheça o metal que pode garantir o sucesso das futuras usinas de energia comerciais
A chegada das primeiras usinas elétricas equipadas com um reator de fusão nuclear ocorrerá, se tudo seguir seu curso, durante a década de 60. Isso é, pelo menos, o que defende a EUROfusion, o consórcio europeu que promove o desenvolvimento da energia de fusão. Os desafios que precisam ser superados para que este marco seja possível são numerosos e, além disso, sua complexidade intimida. É necessário controlar, sustentar e estabilizar o plasma; produzir trítio dentro do reator; eliminar as impurezas resultantes da reação.
Os cientistas envolvidos no desenvolvimento da energia de fusão por confinamento magnético estão trabalhando para resolver esses desafios, e as inovações que estão desenvolvendo nos convidam a olhar para o futuro com um otimismo razoável e saudável. No entanto, há um desafio que ainda não abordamos: para que a energia de fusão comercial seja bem-sucedida, é imprescindível desenvolver novos materiais capazes de lidar com os rigores que essa tecnologia impõe.
À medida que os físicos e engenheiros envolvidos no desenvolvimento da energia de fusão nuclear foram conhecendo melhor a reação e o comportamento do plasma, perceberam algo inquietante: os materiais ideais para alguns dos elementos do reator não estão disponíveis, mas podem ser desenvolvidos. Esta é, precisamente, a principal finalidade do projeto IFMIF-DONES, que já começou em Escúzar (Granada). Outros materiais já estão disponíveis, mas é necessário encontrá-los e testá-los para verificar se realmente se adequam às necessidades do reator.
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O que os cristais de tungstênio podem fazer pela fusão nuclear
O tungstênio ou volfrâmio (W) é um metal relativamente escasso na crosta terrestre. É muito denso e extremamente duro (entendendo dureza como sua resistência a ser riscado), mas sua propriedade fisicoquímica mais exótica consiste em ter o ponto de fusão mais alto de todos os metais que podemos encontrar na tabela periódica de elementos químicos (nada menos que 3.422 °C). Tem um leque muito amplo de aplicações, mas, curiosamente, desde a Segunda Guerra Mundial é muito apreciado por sua idoneidade na configuração do blindagem de alguns veículos e na fabricação de munição.
Se nos limitarmos ao seu papel tanto no ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), o reator experimental de fusão nuclear que está sendo construído por um consórcio internacional na localidade francesa de Cadarache, quanto nas futuras máquinas de fusão nuclear, o tungstênio é uma verdadeira joia. E é porque, além de ter, como acabamos de ver, o ponto de fusão mais alto de todos os metais, tem um índice de condutividade térmica elevado, se ativa minimamente quando recebe o impacto de nêutrons de alta energia e quase não interage com o combustível usado nos reatores de fusão.
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Essas propriedades o tornam ideal para revestir os componentes do reator que estão mais expostos ao plasma, cuja temperatura é de pelo menos 150 milhões de graus Celsius. É utilizado, entre outros componentes, nos escudos térmicos do revestimento interno da câmara de vácuo do reator, nos sensores de diagnóstico ou no divertor, que é, de alguma forma, o “tubo de escape” que permite ao reator extrair as cinzas e impurezas resultantes da interação do plasma com a camada mais exposta do manto.
Tudo o que vimos até agora parece ótimo, mas a utilização do tungstênio traz um desafio muito importante que não podemos ignorar: sua extrema dureza torna difícil e muito caro usiná-lo com uma máquina de corte por controle numérico computadorizado (CNC). Felizmente, a síntese de volfrâmio a partir da interação de gases e mediante deposição química representa uma grande oportunidade nos processos de fabricação de escudos térmicos, pois permite aos pesquisadores evitar as limitações das máquinas CNC. O tungstênio é um elemento químico muito apreciado há mais de oito décadas, e a fusão nuclear está contribuindo para cimentar seu protagonismo e posicioná-lo como um dos metais mais cobiçados.
Imagem: ITER
Fonte: EUROfusion
