Volume 6 - Capítulo 522

Capítulo 522: Fora dos Trilhos Comuns

O engenheiro-chefe Wang deixou o Instituto de Pesquisa de Stellarator STAR com o esboço técnico. Ele voou de volta para a sede da Corporação Nacional Nuclear da China em Pequim no mesmo dia e contatou especialistas em energia elétrica de ferrofluido na Academia de Engenharia. Eles começaram a discutir a viabilidade de aplicar a tecnologia de energia elétrica de ferrofluido no dispositivo de fusão controlável.

No entanto, mesmo com seu líder ausente, a força-tarefa da Corporação Nacional Nuclear da China permaneceu em Jinling. Eles estavam trabalhando com os pesquisadores do Instituto de Pesquisa de Stellarator STAR em questões técnicas.

Ao mesmo tempo, a máquina STAR estava passando por experimentos.

Depois que o instituto recebeu financiamento suficiente para pesquisa, vinha conduzindo experimentos quase a cada três dias. Seus alvos de pesquisa eram hidrogênio e hélio, e seu trabalho era observar suas diversas propriedades físicas complexas no plasma do stellarator.

Para coletar dados valiosos, Lu Zhou até mesmo exigiu misturar 1 mg de deutério precioso na câmara de reação, o que apresentava o risco de danificar o material da primeira parede.

Na verdade, esse experimento causou alguns danos à máquina STAR. Felizmente, o dano foi reparável. Mas mesmo assim, a máquina inteira teve que ser desligada por pelo menos um mês.

Claro, embora o custo fosse alto, o retorno também foi alto.

Eles não apenas verificaram a viabilidade da ignição de uma reação de fusão, mas também obtiveram um fragmento de lítio atingido por um feixe de nêutrons carregando 14 MeV de energia.

O valor científico do fragmento de lítio não poderia ser medido em dinheiro.

Eles provavelmente eram o único instituto na China que poderia conduzir experimentos tão extravagantes.

Essa lasca de metal de lítio duramente conquistada estava deitada silenciosamente em uma lâmina de microscópio de oxigênio especialmente tratada, que foi colocada sob um microscópio eletrônico de varredura e observada por um trabalhador com roupa de proteção.

Do lado de fora da sala isolada, Lu Zhou e outros pesquisadores estavam parados na frente de um computador no laboratório. Através da tela do computador, eles conseguiam observar os números e gráficos do microscópio eletrônico de varredura.

Assim como esperavam, a superfície metálica originalmente lisa estava coberta de buracos.

Por meio do espectrômetro de infravermelho, eles conseguiram até ver vestígios de trítio e hélio no metal.

Uma boa notícia foi que isso provou que o feixe de energia de nêutrons de 14 MeV reagiu com o lítio-3. Isso significava que eles conseguiram recuperar parte do trítio usado no experimento.

Infelizmente…

Eles estavam enfrentando inúmeros problemas.

O professor Li Changxia olhou para os gráficos na tela do computador e suspirou levemente.

“Aposto que essa coisa vai se partir na hora que alguém tocar nela.”

Lu Zhou olhou para os dados arduamente conquistados na tela do computador e respondeu casualmente: “Não precisa apostar. Mesmo que não tivesse sido atingido pelo feixe de nêutrons, não seria tão forte.”

Sheng Xianfu balançou a cabeça e disse: “Não é apenas o dano por radiação, o trítio recuperado é muito baixo. E o problema mais importante nem é recuperar o trítio. A energia emitida pelo feixe de nêutrons é muito alta. Não só a superfície do lítio-3 reagiu, mas também as camadas internas. Mesmo que o trítio fosse coletado no interior do lítio, não conseguiríamos extraí-lo.”

O feixe de energia de nêutrons carregando 14 MeV de energia era como um míssil; os metais não eram páreo para esse monstro.

Além disso, o feixe de nêutrons não só perfurou um buraco na primeira parede, mas também formaria um espaço vazio dentro do material da primeira parede, como um balão. Isso poderia resultar, em última análise, no inchaço, fragilização e até mesmo na descamação do material da superfície do material da primeira parede, o que poderia levar a acidentes graves.

Essa era uma das principais razões pelas quais o material da camada do reator de fissão não podia ser usado no reator de fusão.

Os dois tinham ordens de magnitude diferentes em termos de suas capacidades de resistência à radiação.

A partir de agora, sua pesquisa havia entrado em um campo desconhecido. Isso significava que não havia mais literatura que eles pudessem consultar. Todos os problemas a partir desse ponto teriam que ser resolvidos por eles mesmos.

O professor Li Changxia pensou um pouco e sugeriu: “E se usarmos molibdênio?”

“Molibdênio não vai funcionar.” Lu Zhou rejeitou imediatamente essa ideia. Ele balançou a cabeça e disse: “O molibdênio tem boas propriedades resistentes ao calor, mas produzirá elementos radioativos quando submetido à irradiação de nêutrons.”

Outro pesquisador sugeriu: “E o tungstênio? O tungstênio tem boas propriedades resistentes ao calor, e seus subprodutos são ósmio e rênio, então não há radiação!”

Lu Zhou nem precisou falar. Li Changxia balançou a cabeça e disse: “Esse é um equívoco comum. O tungstênio tem boas propriedades resistentes ao calor, mas não é maleável o suficiente. O estresse térmico causará rachaduras na superfície do material… Quando eu estava fazendo uma troca acadêmica no experimento do tokamak DIII-D, havia um projeto de pesquisa específico sobre esse problema. Em resumo, o tungstênio não vai funcionar.”

O laboratório ficou silencioso novamente.

Lu Zhou, que havia ficado olhando para os dados na tela do computador o tempo todo, de repente perguntou: “Se não podemos conter o feixe de nêutrons dentro do stellarator, por que não o deixamos passar?”

“Passar?” Sheng Xianfu fez uma pausa por um segundo e sorriu enquanto balançava a cabeça. Ele disse: “Se o deixarmos passar, como vamos reciclar os nêutrons produzidos pela reação?”

Reciclar os nêutrons deutério-trítio produzidos na reação de fusão era uma parte fundamental da tecnologia de fusão nuclear. Afinal, o preço do trítio era dezenas de milhares de vezes maior que o do deutério. Era vendido por gramas, custando US$ 30.000 por grama¹.

Se eles não pudessem recuperar os nêutrons gerados pela reação, não só perderiam uma grande quantidade de energia, mas o reator também “desligaria” devido à perda de trítio.

Em um cenário ideal, tanto o trítio quanto o nêutron deveriam ser preservados como um produto intermediário. O resíduo final deveria ser apenas hélio e calor.

Portanto, eles não deveriam deixar o nêutron simplesmente passar; eles tinham que preservá-lo de qualquer maneira.

Lu Zhou ouviu as observações de Sheng Xianfu e sorriu.

“Deixá-los passar não significa liberá-los. Em teoria, não importa o projeto do material da primeira parede, não podemos evitar o dano do feixe de nêutrons às ligações metálicas. Além disso, as propriedades de reparo dos metais são ruins, para não mencionar o problema da metamorfose.

“Portanto, por que não fazer o material da primeira parede ser algo que permita que os nêutrons passem e tenha uma forte capacidade de auto-reparo? Então podemos usar lítio-3 líquido para recuperar os nêutrons atrás do material da primeira parede. Quanto ao lado além do lítio líquido, podemos colocar uma camada de metal de berílio para refletir os nêutrons não reagidos que penetram na camada de lítio líquido.”

Seu projeto equivalia a colocar lítio líquido entre a primeira parede e o berílio.

Sheng Xianfu abaixou a cabeça e ponderou por um instante. Ele achou que esse método parecia viável, mas também sentiu que havia problemas.

Ele pensou por um tempo e apresentou dois dos problemas mais óbvios.

“Mas onde podemos encontrar um material que permita a passagem de nêutrons e tenha grande capacidade de auto-reparo? Mesmo depois de usar lítio como material da primeira parede, ainda não conseguimos resolver o problema do dano por radiação. Além disso, como você acabou de dizer, depois de recuperarmos o trítio, como vamos transportá-lo de volta para o reator?”

Quando Lu Zhou ouviu essas duas perguntas, ele sorriu e disse: “O segundo problema é fácil de resolver. Na temperatura do lítio líquido, tanto o trítio quanto o hélio estão em sua forma gasosa. Eles são incompatíveis um com o outro.

“Basta aplicar uma força ascendente fraca aos nêutrons dentro do lítio líquido e transportar os nêutrons para o topo do reator.

“Então só precisamos reciclar o gás que sai do reator.”

O trítio gerado e o hélio gasoso de exaustão seriam então injetados na câmara de reação para ionização. Quanto à remoção do hélio do reator, esse era o trabalho do desviador.

Quanto à escolha de um desviador resfriado a água, um desviador de tungstênio-cobre ou qualquer outro desviador, essa escolha dependeria de suas necessidades específicas. Embora essa parte fosse crucial, não era algo que eles não pudessem resolver.

Lu Zhou fez uma pausa por um segundo e disse: “Quanto à sua primeira pergunta, esse metal não pode ser encontrado em ligas. Então, que tal descartar toda a camada de metal?”

Todos no laboratório, incluindo Li Changxia e Sheng Xianfu, ficaram congelados.

*Descartar a camada de metal?*

*Isso…*

*É absurdo, certo?*

“Não vamos usar um metal?” O professor Li Changxia olhou para Lu Zhou com uma expressão de espanto. Ele disse: “Então o que vamos usar?”

*Cerâmica?*

Embora outros institutos de pesquisa tivessem tentado usar cerâmica e produzido resultados decentes, o fator decisivo era a baixa condutividade térmica da cerâmica.

Se eles não conseguissem remover o calor do reator, acabariam com outros problemas.

“Vamos usar carbono.” Lu Zhou fez uma pausa por um segundo e disse com segurança: “Ou mais precisamente, compósitos de fibra de carbono!”

Lu Zhou não teve essa ideia criativa de repente. Ele estava pensando nisso há muito tempo, mesmo quando ainda trabalhava com o professor Keriber no instituto de pesquisa Wendelstein 7-X.

O núcleo de carbono era relativamente estável. Não reagia facilmente com nêutrons. Além disso, poderia atuar como um amortecedor para o feixe de nêutrons, então, quando o feixe de nêutrons entrasse em contato com o hélio líquido, poderia impedir que os feixes de nêutrons se desintegrassem instantaneamente.

A energia reduzida pela camada de fibra de carbono seria liberada na forma de energia térmica. Devido às suas propriedades estelares de condutividade térmica, a energia térmica gerada dentro do reator poderia ser facilmente desviada.

Também possuía boas propriedades resistentes ao calor.

Quando não exposto ao ar e a oxidantes, a fibra de carbono podia suportar temperaturas acima de 3.000 graus. Isso era comparável ao ponto de fusão do tungstênio, o que atendia aos requisitos para o material da primeira parede!

Lu Zhou olhou para as pessoas no laboratório e disse: “Remova completamente a camada de metal da primeira parede. Use fibra de carbono como o principal material estrutural. Em seguida, preencha com hélio líquido na camada intermediária e use berílio na camada externa para refletir os nêutrons. A camada de blindagem deve ser uma mistura de parafina e carboneto de água-carbono, coberta com cimento de grau nuclear. Se tudo isso for bem-sucedido, resolveremos o problema de retenção de trítio!”

Quanto à escolha dos materiais compostos de fibra de carbono e do componente de auto-reparo, esse projeto de pesquisa seria conduzido pela divisão de pesquisa de materiais do Instituto Avançado de Estudos de Jinling.

Embora o problema fosse grave, Lu Zhou tinha a sensação de que conseguiria resolvê-lo!

O professor Li Changxia não pôde deixar de dizer: “Isso é muito…”

O que ele queria dizer era que isso era muito absurdo.

No entanto, antes que ele pudesse terminar, Sheng Xianfu o interrompeu.

“Não, talvez… isso possa funcionar!”

Sheng Xianfu esfregou o queixo com o dedo enquanto seus olhos começavam a brilhar.

“Li a literatura relevante sobre a substituição de estruturas de tungstênio e aço por fibra de carbono. A comunidade acadêmica internacional está otimista em relação a essa rota técnica, assim como a nanocerâmica!

“No entanto, usar compósitos de fibra de carbono para substituir completamente o metal como o corpo principal do reator e permitir que o feixe de nêutrons reaja com o lítio líquido fora da primeira parede antes de recuperar o trítio no lítio líquido… Essa é a primeira vez que ouço falar de algo assim.”

A dificuldade envolvida em algo assim era alta. Eles teriam que enfrentar problemas de compósito de fibra de carbono. Por exemplo, o problema da temperatura. O material composto de fibra de carbono tinha uma temperatura de operação de cerca de 3.000 graus, enquanto o ponto de ebulição do metal de lítio era apenas de 1.340 graus.

Se eles não conseguissem transferir o calor a tempo, o lítio líquido poderia correr o risco de ser vaporizado, o que poderia resultar em sua mistura com a reação de trítio. Isso poderia explodir todo o reator…

Também havia o problema da mudança de volume, em que o lítio líquido seria solidificado depois que a máquina fosse desligada…

No entanto, como Lu Zhou havia dito, essa ideia poderia ser viável.

Valia a pena tentar!

¹ Nota do tradutor: O preço do trítio varia bastante dependendo da fonte e da pureza. US$ 30.000 por grama é uma estimativa e pode estar desatualizado.