O trítio é o combustível que pode viabilizar a fusão nuclear, mas sua escassez extrema, apenas 20 kg por ano, ameaça o avanço de uma das tecnologias mais promissoras do século

Embora promissora, a fusão nuclear enfrenta um desafio crítico: a escassez de trítio. O ITER desenvolve tecnologias para produzir o isótopo diretamente no reator.

O trítio, essencial para a energia nuclear, presente na natureza é extremamente raro. Este isótopo radioativo do hidrogênio é produzido naturalmente nas camadas superiores da atmosfera através da interação dos raios cósmicos com os núcleos dos gases atmosféricos, mas sua produção é muito modesta. De fato, apenas alguns quilogramas são produzidos anualmente na atmosfera da Terra. Tão poucos que, de fato, os cientistas estimam que podemos contá-los com os dedos das mãos

Curiosamente, nem todo trítio disponível em nosso planeta tem uma origem natural. Os testes nucleares atmosféricos realizados entre o fim da Segunda Guerra Mundial e os anos 80 lançaram algumas dezenas de quilogramas deste isótopo nos oceanos. Além disso, os reatores nucleares do tipo CANDU, que são dispositivos de água pesada pressurizada desenvolvidos no Canadá, também o produzem. Cada reator de 600 MW gera anualmente cerca de 100 g de trítio, resultando em uma produção global anual de cerca de 20 kg.

ITER, o reator experimental de fusão nuclear que um consórcio internacional liderado pela União Europeia está construindo em Cadarache, na França, usará como combustível dois isótopos de hidrogênio: deutério e trítio. Como acabamos de ver, o trítio é muito escasso, mas o acumulado atualmente em todo o planeta é suficiente para garantir que este reator experimental de energia de fusão tenha o necessário durante toda a sua vida operacional, que se estenderá por aproximadamente quinze anos.

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ITER testará uma estratégia inovadora para produzir grandes quantidades de trítio.

O problema é que após o ITER, virá o DEMO, que será o reator de demonstração de fusão nuclear que visa comprovar a viabilidade desta tecnologia para produzir grandes quantidades de eletricidade. E após o DEMO, se tudo ocorrer conforme planejado pelos engenheiros do ITER, surgirão as primeiras usinas elétricas comerciais de energia nuclear de fusão. Cada um de seus reatores precisará anualmente entre 100 e 200 kg de trítio, então é evidente que as contas não fecham.

Os reatores CANDU não podem gerar a grande quantidade de trítio que as máquinas de fusão precisarão, mas, felizmente, esse dilema tem solução. Uma muito engenhosa.

Esses são os prazos que o ITER atualmente maneja para demonstrar a viabilidade da fusão nuclear. O propósito dos cientistas que trabalham com fusão nuclear por confinamento magnético, a estratégia utilizada atualmente pelos reatores experimentais JET, em Oxford (Inglaterra), e JT-60SA, em Naka (Japão), é que os futuros reatores de energia de fusão sejam capazes de gerar por si mesmos todo o trítio que necessitam. Que sejam capazes de se autoabastecer. Esse plano propõe que a contribuição externa de trítio seja mínima e se restrinja a momentos muito específicos da vida operacional do reator de fusão nuclear. Parece promissor, mas o mais interessante é saber como eles vão fazer isso.

Desafios e soluções tecnológicas para o autoabastecimento de Trítio

E, no papel, o que eles vão fazer é simples: colocarão lítio no revestimento que cobre o interior da câmara de vácuo do reator de fusão. Um dos subprodutos resultantes da fusão de um núcleo de deutério e outro de trítio é um nêutron que é ejetado com uma energia de cerca de 14 MeV. Quando uma dessas partículas atinge um dos átomos de lítio alojados no revestimento da câmara, altera sua estrutura, produzindo assim um átomo de hélio, que é um elemento químico inofensivo, e um átomo de trítio. Aqui está. Isso é exatamente o que os reatores de energia de fusão precisam. No papel parece uma ideia simples, mas colocá-la em prática não é nada fácil.

Os desafios que a implementação das soluções tecnológicas necessárias para o autoabastecimento de trítio apresenta são enormes. Por um lado, é imprescindível que a taxa que relaciona os nêutrons de alta energia produzidos na fusão e os átomos de trítio gerados nas paredes da câmara de vácuo seja ideal. Além disso, é necessário resolver o transporte do trítio desde o local em que é gerado até o local em que será consumido, e isso não é algo trivial porque é um gás que se dispersa facilmente, especialmente em altas temperaturas. Este procedimento apresenta outros desafios, mas estes dois são críticos. Vamos cruzar os dedos para que a regeneração do trítio no ITER corra bem.

Imagem de portada: ITER

Fonte: Fusion for Energy , ITER