Empresa americana Marathon Fusion separa isótopos de hidrogênio e lítio com centrífuga de plasma

De acordo com pt.wedoany.com-A empresa americana Marathon Fusion anunciou que conseguiu separar com sucesso isótopos de hidrogênio e isótopos de lítio usando uma centrífuga de plasma especializada. Esse resultado significa que um único método eletromagnético pode assumir simultaneamente duas tarefas em futuras usinas de fusão nuclear: a recuperação de gás residual do combustível e o enriquecimento de matérias-primas. Dennis Whyte, professor de ciência e engenharia nuclear do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), avaliou que, ao permitir o bombeamento seletivo de trítio, essa tecnologia pode melhorar o desempenho das usinas de fusão e reduzir drasticamente o inventário de trítio necessário.

Usinas comerciais de fusão geram energia fundindo deutério e trítio em uma câmara magnética, mas o ciclo de combustível enfrenta há muito tempo dois gargalos. Primeiro, cada ciclo do reator queima apenas uma pequena quantidade de trítio, e grandes volumes de gás residual radioativo não queimado precisam ser rapidamente limpos e recuperados; segundo, o trítio quase não existe em quantidades significativas na natureza, e o reator precisa produzir seu próprio combustível por meio do bombardeio de nêutrons no revestimento contendo lítio. As centrífugas a gás tradicionais dependem de rotores mecânicos girando em alta velocidade para empurrar átomos mais pesados para fora, mas gases leves como o hidrogênio têm velocidades de movimento térmico extremamente altas, exigindo que o rotor atinja velocidades muito elevadas para realizar a separação, o que rotores de metal ou fibra de carbono dificilmente suportam sob tensão física.

A centrífuga de plasma oferece outro caminho. Quando a força do campo elétrico e a força magnética se cruzam na câmara, partículas de plasma carregadas são impulsionadas a girar em velocidade supersônica. A Marathon Fusion opera o dispositivo em estado parcialmente ionizado, no qual apenas alguns átomos de gás estão carregados; essas partículas carregadas colidem continuamente com átomos neutros, arrastando toda a mistura gasosa a girar em alta velocidade. A força centrífuga lança os isótopos mais pesados em direção às paredes do recipiente, enquanto os isótopos mais leves permanecem na região central, completando assim a separação e evitando o problema de danos por calor extremo enfrentado por separadores de plasma anteriores. Ao conectar o dispositivo ao duto de exaustão do reator, ele pode executar uma tarefa chamada "bombeamento diferencial", separando o deutério e o trítio mais pesados do hélio residual e das impurezas de prótio mais leve antes que o gás entre na planta de processamento a jusante. Esse método de separação direta pode reduzir o volume total de equipamentos de processamento de combustível em mais de 90% e diminuir significativamente a quantidade de trítio radioativo que a planta precisa armazenar no local.

O mesmo mecanismo também pode ser usado para processar o lítio necessário para o refrigerante do reator e o revestimento de reprodução. Sais fundidos líquidos como o FLiBe exigem lítio enriquecido em lítio-6 para reproduzir novo trítio, ou lítio-7 para resfriar sistemas de fissão. Atualmente, a maior parte do suprimento global de lítio enriquecido depende da produção por processos químicos antigos na China e na Rússia, que utilizam grandes quantidades de mercúrio tóxico. A centrífuga de plasma oferece uma alternativa seca e não química, eliminando completamente a etapa de manuseio de mercúrio.

Os resultados experimentais das medições dos testes de operação do hardware corresponderam às previsões do modelo computacional de magnetohidrodinâmica da empresa. Com o financiamento do programa "VISION OPEN" da ARPA-E do Departamento de Energia dos EUA, os engenheiros estão desenvolvendo uma configuração de múltiplos estágios do sistema e planejam construir uma instalação piloto comercial para fornecer isótopos enriquecidos para futuros dispositivos de fusão em escala de rede elétrica.