A energia termonuclear ocupa um lugar central na indústria nuclear russa. Atualmente, está sendo desenvolvido um programa nacional de termofusão, juntamente com uma cooperação ativa no âmbito do projeto internacional ITER.
Planos na Rússia
Os elementos-chave do programa termonuclear russo são: o comissionamento operacional do tokamak T-15MD no Instituto Kurchatov e a criação de um tokamak com tecnologias de reatores no Centro Estatal de Ciência “TRINITY” na cidade de Troitsk.
O T-15MD é um tokamak operacional. Sua inicialização física ocorreu em maio de 2021 e, em março de 2023, sua inicialização do sistema de energia foi concluída, conseguindo gerar o primeiro plasma de alta temperatura. Durante duas campanhas experimentais subsequentes, os cientistas trabalharam em algoritmos para gerar descargas de plasma, alcançando parâmetros-chave como um campo magnético com indução de 1 Tesla e duração de 30 segundos. Em dezembro de 2023, foi alcançada uma descarga de plasma com corrente de 260 kA e duração de mais de dois segundos. A temperatura do componente eletrônico do plasma atingiu aproximadamente 40 milhões de graus, o dobro da temperatura do núcleo do Sol.
Para melhorar o desempenho do T-15MD, está previsto lançar sistemas adicionais de aquecimento e manutenção de energia, equipar o tokamak com sistemas de diagnóstico, instalar um desviador e revestir a câmara com grafite.
O tokamak com tecnologias de reator (TRT) está sendo desenvolvido como um protótipo experimental em larga escala para futuros reatores termonucleares ou fontes de nêutrons. Este tokamak investigará o comportamento do plasma em modos quase estacionários e testará métodos de aquecimento adicional, fornecimento de combustível e outras tecnologias. O TRT será construído em Troitsk.
Em 2021, os cientistas começaram a desenhar o projeto conceitual do TRT e a desenvolver equipamentos de diagnóstico. Até o final de 2024, esta etapa deverá ser concluída, dando lugar ao projeto técnico em 2025. Além do tokamak, serão desenvolvidos sistemas periféricos para diagnóstico, aquecimento de plasma e geração de corrente. A inicialização física do reator está prevista para 2035, e a inicialização do sistema de energia para 2036.
A Rússia atribui grande importância às tecnologias termonucleares. Entre 2025 e 2030, um projeto federal intitulado “Tecnologias de Energia Termonuclear” será implementado como parte do programa nacional “Novas Tecnologias Nucleares e Energéticas”. Este projeto incluirá pesquisa científica e desenvolvimento experimental para aperfeiçoar tecnologias inovadoras de plasma e de fusão nuclear controlada.
Outra abordagem é a P&D que visa a obtenção de dados sobre a interação do plasma com os elementos a ele expostos, utilizando ferramentas instrumentais de diagnóstico, sistemas de controle digital, coleta e processamento de dados em instalação demonstrativa do tipo “tokamak” e educacional. Por fim, o projeto federal também incorpora P&D para desenvolver marcos regulatórios e legais na área de sistemas termonucleares e híbridos, incluindo aqueles que garantem o licenciamento de atividades nesta área.
Os projetos na Rússia, desenvolvidos pela Rosatom, pelo Instituto Kurchatov e outras organizações, contribuem para o avanço das tecnologias de fusão nuclear em todo o mundo. “Hoje, a energia de fusão é um dos campos científicos mais abertos. Penso que continuará a ser assim, pelo menos até que a tecnologia comece a ser comercializada”, afirmou Anatoly Krasílnikov, Diretor do Centro de Projetos ITER (parte da Rosatom), em entrevista concedida a revista especializada em energia nuclear.
ITER e cooperação internacional
A Corporação Estatal Rosatom é participante importante no projeto ITER. É importante recordar que a União Soviética iniciou este projeto internacional de fusão termonuclear na década de 1980. O seu lançamento foi acordado pelos líderes da URSS e dos Estados Unidos, Mikhail Gorbachev e Ronald Reagan, e mais tarde, entraram a Comunidade Europeia de Energia Atômica (Euratom) e o Japão. Esses quatro parceiros desenvolveram a engenharia do projeto. Mais tarde, aderiram China, Índia e Coreia do Sul.
O objetivo do projeto ITER é criar um reator experimental de fusão termonuclear com plasma de deutério e trítio de alta temperatura. Os cientistas não devem apenas gerar plasma, mas também monitorá-lo por 500 a 1.000 segundos. “É como andar de bicicleta: se você consegue se equilibrar por dois ou três segundos, não significa necessariamente que você sabe andar. Deve ser demonstrado que o plasma pode ser sustentado por um tempo suficientemente longo”, explicou Anatoly Krasílnikov na entrevista.
A Rússia, como parte dos seus compromissos com o projeto, fornece equipamentos ao ITER há vários anos. Os supercondutores e a bobina magnética PF1 já foram entregues completos. Além disso, a entrega de sistemas de comutação continua (cerca de 30 a 40 unidades são enviadas por ano). Das 18 portas da câmara de vácuo superior necessárias para instalar sistemas de diagnóstico, equipamentos de aquecimento e dispositivos de bombeamento, todas foram fabricadas e a entrega está quase concluída. Por outro lado, a Rússia também está fornecendo 8 dos 24 girotrons necessários para aquecimento adicional de plasma e geração atual. O Instituto de Física Aplicada da Academia Russa de Ciências já fabricou esses dispositivos, dos quais 4 foram entregues, e as demais entregas deverão começar antes do final do ano. Em 2025, o Instituto fabricará um nono, sobressalente. No entanto, o seu número pode aumentar, uma vez que a organização internacional ITER decidiu aumentar a capacidade de aquecimento do cíclotron de elétrons.
Entre os planos para os próximos anos está o fornecimento de plugues de porta, elementos complexos de diagnóstico que incluem sistemas de medição de parâmetros de plasma, módulos de teste para mantas de teste, sistemas de aquecimento cíclotron iônico e eletrônico, entre outros.
Para testar os plugues de porta, o lado russo está fabricando quatro bancadas de testes. No final de agosto deste ano, uma estrutura metálica pesando mais de 20 toneladas para a primeira destas bancadas foi enviada para as instalações do ITER em Cadarache, na França. Outros equipamentos para essas bancadas de testes também serão enviados antes do final do ano.
Outro aspecto da cooperação é a fabricação da primeira parede, que ficará em contato direto com o plasma. Ela deve ter alta resistência mecânica, estanqueidade ao vácuo, condutividade térmica e elétrica, alta resistência ao calor e tolerância a cargas termocíclicas e radiação.
Originalmente considerou-se fabricar esta parede com berílio, mas devido à toxicidade deste material e às dificuldades objetivas na obtenção das licenças necessárias, decidiu-se experimentar um novo material. Foi escolhido o tungstênio, pois não é tóxico e tem ponto de fusão muito maior. Porém, existe o risco de partículas de tungstênio entrarem no plasma, reduzindo sua temperatura e exigindo mais energia para aquecê-lo novamente. Cientistas russos propuseram revestir o tungstênio com uma camada de carboneto de boro, material que já havia sido usado na construção de tokamaks russos. Esta proposta foi aceita e a pesquisa e o desenvolvimento começaram.
Em outubro, o Diretor Geral da Organização Internacional ITER, Pietro Barabaschi, visitou a Rússia para discutir as perspectivas, desafios e soluções do projeto. Durante sua visita, esteve no complexo laboratorial do Centro de Projetos ITER (parte da Rosatom), bem como no Instituto de Pesquisa Científica de Aparelhos Eletrofísicos Efremov e no Instituto de Física e Tecnologia Ioffe. Além disso, ele se encontrou com o inspirador e primeiro organizador do projeto, o Presidente Honorário do Instituto Kurchatov, Evgeny Velikhov, e com o Diretor Geral da Rosatom, Alexey Likhachev.
No Centro de Projetos ITER, Barabaschi observou como os diamantes monocristalinos artificiais são cultivados e como são desenvolvidos sistemas de diagnóstico para o reator de fusão. Durante a sua reunião com Alexey Likhachev, ele discutiu questões relacionadas à implementação do projeto ITER. “Temos algumas dificuldades com o fornecimento de equipamentos vindos da Rússia, mas comparado com outros desafios do projeto, isso não é tão significativo”, disse Pietro Barabaschi em uma conferência de imprensa.
A discussão mais importante girou em torno das perspectivas futuras do projeto “Para nós, esta visita é muito importante. O projeto do Reator Termonuclear Experimental Internacional encontra-se num momento crucial: os participantes estão discutindo uma nova “linha de referência”. Os prazos e custos de implementação podem mudar significativamente. As empresas russas precisam de informações completas do líder direto do projeto”, disse Anatoly Krasílnikov.
As partes ficaram satisfeitas com a reunião. “Estou genuinamente feliz com a visita do meu colega Pietro Barabaschi à Rússia. Tivemos uma conversa aberta e de confiança, numa atmosfera de compreensão mútua e de uma abordagem comum para o sucesso”, afirmou Alexey Likhachev.
“O ITER é um excelente exemplo de cooperação internacional, onde a ciência une as nações na busca de um objetivo comum”, enfatizou Pietro Barabaschi. “A contribuição da Rússia, tal como a dos outros membros do ITER, é muito importante e reflete um compromisso compartilhado rumo ao desenvolvimento da energia termonuclear, que beneficiará o mundo inteiro. Esta contribuição abrange todas as áreas: desde componentes críticos até inovações tecnológicas essenciais. À medida que avançamos, este espírito global de cooperação continua a ser a pedra angular do sucesso, impulsionando um dos projetos científicos mais ambiciosos do nosso tempo.”
O desenvolvimento de relações pessoais, os avanços tecnológicos, a pesquisa científica, a produção de equipamentos complexos, o apoio financeiro e jurídico, tanto no presente como no futuro, demonstram o compromisso da Rússia com o desenvolvimento de tecnologias de fusão nuclear e a sua determinação em levá-las a aplicações práticas.
ITER é a abreviatura, em inglês, de Reator Termonuclear Experimental Internacional. Contudo, em latim, a palavra iter significa “caminho” ou “jornada”, refletindo o objetivo do projeto como um passo à frente na jornada rumo ao desenvolvimento de energia limpa, segura e virtualmente ilimitada para o futuro.
