Energia

Hélio-3 é produzido por ondas de rádio em reator de fusão nuclear

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/06/2025

O reator tem um formato "toroidal girado" - algo como uma rosquinha cuja massa é torcida antes de ser moldada em um círculo.
[Imagem: MPG IPP]

Hélio-3

O bizarro reator de fusão nuclear Wendelstein 7-X, na Alemanha, alcançou mais um marco na pesquisa da fusão nuclear.

Nesta que é a maior instalação do tipo estelarator do mundo, íons de hélio-3 de alta energia foram gerados pela primeira vez usando aquecimento por ressonância de cíclotron de íons.

Essa tecnologia não apenas ajuda no desenvolvimento da tão esperada fonte de energia sustentável, como também fornece novos insights sobre os processos que alimentam o Sol e as demais estrelas - não existe muito hélio-3 na Terra, com as ideias mais promissoras incluindo fazer mineração de hélio-3 na Lua.

O coração do reator é uma gaiola de campo magnético de formato "toroidal girado" - algo como uma rosquinha cuja massa é torcida antes de ser moldada em um círculo - que envolve o plasma de vários milhões de graus.

Um dos principais desafios nessas instalações consiste no confinamento de partículas alfa rápidas (núcleos de hélio-4) produzidas durante as reações de fusão. Essas partículas de alta energia são essenciais para manter as temperaturas extremas necessárias para uma fusão sustentável. Contudo, se escaparem rápido demais, não conseguirão aquecer o plasma de forma eficaz.

Como o W7-X é um reator experimental, e não uma usina de fusão nuclear completa, ele tem uma escala reduzida, o que implica que o comportamento das partículas alfa deve ser simulado usando partículas de menor energia, dimensionadas para as dimensões do reator. Na prática, no lugar do hélio-4 usam-se íons de hélio-3, mais leves, que são acelerados a uma energia adequada.

Para isso, é então necessário produzir íons de hélio-3 de forma confiável no reator. Foi aqui que a equipe alcançou sucesso agora.

Três vistas diferentes da antena especial usada para injetar as ondas eletromagnéticas na frequência cíclotron dos íons de hélio-3.
[Imagem: B. Schweer/ERM-KMS]

Transferência de energia ressonante

O elemento principal do feito alcançado agora é um processo chamado transferência de energia ressonante, no qual ondas de alta frequência e com potência na faixa dos megawatts são usadas para acelerar as partículas - pense no modo de empurrar uma criança em um balanço, em que, para ser eficaz, cada empurrão deve estar precisamente em sintonia com a frequência natural do balanço, ou seja, deve estar em ressonância.

No W7-X, as ondas eletromagnéticas são introduzidas por meio de uma antena especial no plasma composto por hidrogênio e hélio-4 em proporções cuidadosamente selecionadas. Essas ondas são ajustadas na frequência cíclotron iônica dos íons hélio-3, a frequência na qual orbitam ao redor das linhas do campo magnético. Quando se alcança a ressonância, as partículas absorvem de modo eficiente a energia das ondas, atingindo então as altas energias necessárias.

Esta é a primeira vez que íons de hélio-3 de alta energia são produzidos em um estelarator utilizando aquecimento por ressonância cíclotron iônica, uma inovação mundial na pesquisa em fusão nuclear.

E a astrofísica também agradece essa realização, uma vez que ela está fornecendo informações inesperadas sobre o funcionamento do Sol: Os mesmos processos de ressonância que excitam partículas de hélio-3 no reator de fusão também podem explicar a ocorrência ocasional de nuvens ricas em hélio-3 na atmosfera solar.

Assim como no Wendelstein 7-X, as partículas de hélio-3 recebem energia de ondas eletromagnéticas geradas no Sol - elas são aceleradas seletivamente e formam grandes nuvens. Essas nuvens podem conter até 10.000 vezes mais hélio-3 do que o normal e foram recentemente redescobertas pela sonda espacial Solar Orbiter, em 2023.