Fusão nuclear | Imagens 3D mostram como é um reator tokamak por dentro

Cientistas do Laboratório de Museologia Experimental da Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL), na Suíça, criaram uma simulação incrível do que acontece dentro do reator do tipo tokamak. As imagens são tridimensionais, e te levam em uma jornada repleta de detalhes do interior do dispositivo.

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Os reatores tokamak são usados para a produção de energia via fusão nuclear, em que núcleos de átomos são combinados para formar um terceiro, mais pesado. O processo libera quantidades enormes de energia, e para ser conduzido de forma controlada e segura, são necessários reatores como os tokamak, ainda experimentais.

Eles são grandes anéis preenchidos por ímãs que criam campos magnéticos onde as partículas atômicas se movem, como se fossem um enxame de abelhas. As paredes dos tokamak absorvem a energia da fusão; depois, assim como acontece na fissão nuclear, a usina de fusão usa o calor gerado para produzir vapor, usado para gerar energia elétrica.

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Se foi difícil imaginar tudo isso acontecendo, fique tranquilo, pois as novas imagens da EPFL vão te ajudar. Os pesquisadores da instituição criaram um programa que transforma os dados das simulações e testes do reator em imagens tridimensionais, reproduzindo de forma fiel o que acontece dentro do tokamak de configuração variável (TCV), disponível na EPFL.

Os elétrons aparecem em vermelho, e os prótons, em verde; as linhas azuis indicam o campo magnético (Imagem: Reprodução/2024 EPFL / Laboratory for Experimental Museology (EM+) – CC-BY-SA 4.0)

“Usamos um robô para gerar digitalizações de altíssima precisão do interior do reator, que depois compilamos para produzir um modelo 3D que replica seus componentes, incluindo até a textura”, explicou Samy Mannane, cientista da computação da EM+. “Conseguimos até capturar o desgaste dos tijolos de grafite nas paredes do reator, sujeitos a temperaturas extremamente altas durante os testes do TCV”, acrescentou.

Para isso, os engenheiros do projeto calcularam — em tempo real, vale lembrar — o movimento exato de partículas quânticas em determinado momento no tempo. Depois, as equações e os dados do reator foram adicionados ao sistema de visualização tridimensional. “Para produzir uma só imagem, o sistema tem que calcular as trajetórias de milhares de partículas se movendo a uma velocidade de 60 vezes por segundo em cada olho”, acrescentou Mannane.

Os elétrons e prótons aparecem em vermelho e verde, respectivamente, enquanto as linhas azuis indicam o campo magnético. A visualização pemrite também ajustar os parâmetros para observar a parte desejada do reator em qualquer ângulo.

O reator tokamak aparece com vários detalhes nas simulações (Imagem: Reprodução/EPFL/Laboratory for Experimental Museology/CC-BY-SA 4.0)

Nas fotos, é possível ver o dispositivo de injeção, responsável por depositar partículas no tokamak; nas paredes, está o revestimento de grafite que resiste a temperaturas de mais de 100 milhões de graus Celsius. A escala também impressiona: uma das visualizações tem uma imagem de um humano, que aparece duas vezes menor que o tokamak.

“Até os físicos têm dificuldade em organizar tudo. A visualização desenvolvida pelo EM+ combina a saída padrão dos programas de simulação — basicamente, tabelas de números — com técnicas de visualização em tempo real que o laboratório usa para criar uma atmosfera semelhante à de um videogame”, comentou Paolo Ricci, diretor do Centro de Plasma da EPFL.