Mais Weldenstein

Mais Weldenstein

(Este artigo é sequencia de Conheça o Stellarator Weldenstein 7-X)

Não resisto. Ou, como dizem os americanos, it cannot be helped. Tenho que voltar ao assunto.

Desta vez com um pouco mais de detalhes. Um engenheiro entenderá facilmente, mas espero conseguir explicar de forma que até advogados possam entender a física envolvida.

Eu disse na postagem anterior que o segredo do reator de fusão alemão Weldenstein 7-X era a sua forma ou, como se diz tecnicamente, a sua geometria. Vamos ver por que razão.

AS COISAS ÓBVIAS

O problema é manter uma quantidade de plasma confinada dentro de um container qualquer, de modo que não toque as paredes do recipiente (lembre-se: plasma a 40 milhões de graus Celsius).

O plasma deve estar em movimento por uma razão muito simples: o plasma adora movimentar-se na natureza (o fogo não para, lembra?) e uma das regras de ouro da engenharia é fazer a vontade da natureza, nunca contrariá-la.

Para manter o plasma em movimento sem que ele fuja, a forma mais simples e fácil de é colocá-lo em um tubo em forma de rosquinha de padaria, ou donut, dentro do qual o plasma pode circular a alta velocidade. Essa forma tem um nome bem bonito: é um toróide, ou forma toroidal.

OK, já temos uma forma básica para começar a pensar nosso reator.

OS RUSSOS BEM QUE TENTARAM

Desde os tempos da União Soviética os russos estão tentando o confinamento do plasma dentro de um toróide, utilizando potentes eletroimãs para mantê-lo sempre longe das paredes do tubo. Esses equipamentos foram batizados de Tokamaks.

Mas os Tokamaks revelaram ao mundo um grande problema: a energia necessária nos magnetos para manter o plasma circulando no lugar é muito grande, consumindo muita energia e, ainda assim, de difícil controle.

E é importante entender o porque disso. Você sabe que qualquer coisa fluida girando dentro de um vaso circular tende a querer se espalhar e fazer força contra a parede externa. O melhor exemplo disso no dia-a-dia é o liquidificador. O líquido é forçado contra a parede a ponto de abandonar o centro onde, com facilidade, aparece um vazio, um buraco.

Tokamak versus Weldstein 7-X

Digamos que você tenha colocado apenas água no liquidificador. Ao movimentar a água suas moléculas (ou partículas de água, se preferir) querem sair voando em linha reta, mas são contidas pelas paredes do copo.

O mesmo acontece com o plasma no Tokamak. Quanto mais energia se aplica ao plasma mais rápido ele gira, mais força faz na direção da parede do toróide, até que vence a força dos ímãs, o plasma quente encosta na parede derretendo-a e a coisa toda vai para o beleléu.

A GEOMETRIA DO STELLERATOR WENDELSTEIN 7-X

Observe atentamente a figura a seguir. Nela o plasma está representado em amarelo e os ímãs de formas esquisitas em azul. Note que o plasma não tem um perfil redondinho (secção transversal circular). Ele é achatado, ovalado, como uma “língua” de plasma. Isso é importante.

O twist do plasma no Weldstein 7-X

Agora olhe com atenção e verá uma linha verde desenhada na língua de plasma. Viu? Essa linha indica o que, tecnicamente, diz-se ser a origem vetorial das forças atuantes no plasma. Em linguagem de gente: é o ponto onde a vontade das partículas de plasma para escaparem para fora, passar direto e ir parar bater na parede é mais forte.

E qual é o truque genial que um alemão (aposto que judeu, conforme a tradição) usou para manter o plasma comportado dentro do tubo?

É aí que entram aquelas formas esquisitas dos ímãs. Eles obrigam a língua de plasma a girar sobre si mesma, contorcendo-se de tal forma que aquelas partículas com mais vontade de escapar e estragar tudo agora estejam voltadas para a parede de dentro!

Daí, quando as forças começam de novo a mudar de lugar, ou seja, quando a inércia e a força centrífuga fizerem seu papel (cruzes!) e o plasma tentar escapar na direção da parede externa, pimba! Os magnetos novamente dão um tombo na língua e o ciclo se repete.

Você pode entender o processo direitinho observando com cuidado aquela linha verde no desenho.

E para dar uma ideia de como a coisa funciona bem, o plasma é mantido no seu lugar com uma precisão de 0,001mm.

VIU SÓ?

Simples, elegante, belíssimo, de encher de lágrimas os olhos de qualquer engenheiro. E, como tudo na engenharia, seguindo rigorosamente as leis da natureza ao mesmo tempo em que as faz trabalhar a nosso favor.
Este vídeo dá uma ideia completa de como é fisicamente o W7-X, e da complexidade de seu projeto, construção e montagem.

Nota de rodapé para engenheiros e assemelhados

O formato oblongo da seção transversal do plasma tem papel fundamental no design. Para uma mesma massa de plasma obtém-se uma conjugado com momento bem maior do que aconteceria com a secção circular. E a relação é quadrática, o que permite uma redução ainda mais significativa na potência dos magnetos.