A máquina Z potencializada com LTD
por Julien Geffray
21 de maio de 2007
A atividade e a atualidade voltam a ganhar força em torno da fusão nuclear graças à máquina Z, pelo menos nos Estados Unidos. Para a máquina Z francesa, a Sphinx, é outra história, pois a DGA realmente bloqueou tudo, como você poderá constatar ao ler este artigo publicado no jornal Les Échos de 16 de maio de 2007:
Les Échos, 16 de maio de 2007
Competências
NUCLEAR
A máquina Z francesa desdenha a energia
Pequeno "Sphinx".
No coração do Quercy, no Centro de Estudos de Gramat (CEG), a DGA vem explorando há alguns anos uma pequena máquina Z francesa (2,5 milhões de ampères), batizada de "Sphinx". Assim como sua irmã mais famosa nos EUA, ela serve principalmente para testar a resistência das cabeças nucleares.
Diferentemente da americana, ela não terá experimentações civis. Há alguns anos, os pesquisadores de Gramat haviam lançado propostas à sua tutela militar para diversificar seus estudos, sem sucesso. Interrogado pelo "Les Échos", o CEG, muito "reservado", afirma hoje não ter nenhum projeto energético. Essa timidez em investir preocupa os especialistas na área da estricção.
"As competências francesas nesse campo de engenharia elétrica de potência estão ameaçadas", afirma um deles.
Na Grã-Bretanha, uma máquina equivalente, a Magpie do Imperial College (1,4 milhão de ampères), trabalha ativamente na estricção magnética, inclusive com financiamento americano. Embora não seja potente o suficiente para atingir os objetivos nucleares da máquina Z, ela é usada pelos americanos para complementar suas pesquisas sobre a própria estricção. Os russos também estão prestes a investir nesse tema de pesquisa.
Nota: "Estricção" é a tradução francesa de "pinch", que significa "apertar". Assim, a máquina Z entra na categoria das máquinas de plasma chamadas "Z-pinch", onde o plasma é "apertado" ao longo do eixo de simetria OZ do sistema. Todos os Z-pinch são também máquinas MHD, disciplina em que a França estava muito à frente há cerca de trinta anos, mas que foi completamente e deliberadamente abandonada no meio dos anos 70. Nessa ausência de resposta dos serviços oficiais também há uma boa dose de incompreensão, de simples incompetência. A MHD militar, por exemplo, permanece totalmente inexistente na França, enquanto nos EUA, na Rússia e em outros países ela... corre. Poderíamos resumir isso com uma simples frase:
Enquanto em outros países avançam com o pé no acelerador, os franceses estão parados sobre os freios.
Outra observação: Alain Juppé foi nomeado "ministro do meio ambiente". Nesse cargo, foram recentemente convidados diversos representantes de associações voltadas para a preservação do meio ambiente. Mas isso é indissociável de uma ação energética em favor de novas fontes de energia. E aí, ausência total. Ausência de motivação, mas também de informação e... de competências. Voltemos ao tema do artigo.
Nos EUA, a novidade sobre os novos geradores LTD de última geração é fascinante e os progressos estão sendo mais rápidos do que previsto. Os laboratórios Sandia publicaram um comunicado de imprensa em 24 de abril de 2007 intitulado:
Rapid-fire pulse brings Sandia Z method closer to goal of high-yield fusion reactor
(Impulsos ultra-rápidos aproximam a máquina Z de Sandia de um reator de fusão de alto rendimento)
O artigo, traduzido integralmente um pouco mais abaixo nesta página, descreve um gerador denominado LTD (para Linear Transformer Driver), que poderia ser traduzido como "comutador com transformador linear", capaz de permitir uma fusão nuclear controlada realmente aproveitável na máquina Z. O LTD tornaria essa máquina mais compacta e menos complexa, tornando obsoletos o enorme tanque isolante de água e óleo, bem como as "linhas de água" que eram necessárias para modular o pulso no tempo.
Principalmente, permitirá disparos repetidos com frequência de 0,1 hertz, enquanto a atual máquina Z só consegue um disparo por dia!
Os geradores LTD não representam realmente uma surpresa, já que a máquina Z francesa Sphinx já os possui há muito tempo. A novidade aqui está nas performances alcançadas pelos russos com seu último modelo LTDZ:
Gerador russo LTDZ de 100 GW: 1 milhão de ampères e 100 kV
Diâmetro: 3 metros – Profundidade: 22 centímetros
Explicando simplesmente o gerador LTD: é um conjunto composto por "tijolos", cada um com o tamanho de uma caixa de sapato, contendo dois capacitores e um comutador. Interconectados em paralelo e dispostos em círculo na versão que nos interessa, 40 desses "tijolos" formam uma única "cavidade toroidal".
Esquema em corte de um "tijolo" constituinte do LTDZ
1: dois capacitores GA 31165 (100 kV, 40 nF),
2: comutador HCEI multi-gap,
3: bocal de saída,
4: núcleo magnético,
5: isolante,
6: cavidade de vácuo ou óleo,
7: cavidade de carga,
8: hastes de caprolactona
Essa versão russa, a mais elaborada atualmente, está sendo testada no High Current Electronics Institute (HCEI) de Tomsk, na Sibéria, onde os laboratórios Sandia acabaram de adquirir quatro. Observe o aproximação americano-russa sobre a fusão por Z-pinch... Esse LTD russo, o mais potente do mundo (100 gigawatts), é capaz de fornecer 1 milhão de ampères a 100.000 volts, em um pulso durando naturalmente 100 nanossegundos (ou seja, sem necessidade de comprimi-lo). Além disso, foi projetado para disparar a cada 10 segundos! Ora, essa é exatamente a frequência definida para uma futura central de fusão por estricção magnética operacional, que funcionaria literalmente como um "dois tempos de fusão" (compressão, expansão).
O conceito parece confiável. A versão anterior desse LTD, idêntica mas com metade da potência (20 tijolos gerando 0,5 milhão de ampères a 100.000 volts), já foi validada pelos laboratórios Sandia após um ciclo de mais de 11.000 disparos. Em Tomsk, um comutador disparou mais de 37.000 vezes a cada 12 segundos.
Como essas cavidades são modulares, a Sandia planeja empilhá-las como bolinhos em um eixo e depois multiplicar esses eixos. Assim, haveria 70 módulos cilíndricos dispostos radialmente, cada um contendo 70 LTD empilhados coaxialmente. A eficiência dessa configuração é inegável:
Em cada módulo, com cerca de vinte metros de comprimento, os 70 LTD internos são conectados em série para somar suas tensões. Cada módulo produziria, portanto, na saída uma intensidade de 1 milhão de ampères e uma tensão de 7 milhões de volts.
Os 70 módulos seriam então conectados em paralelo para somar suas intensidades, resultando finalmente em uma máquina que forneceria 70 milhões de ampères sob 7 milhões de volts.
Projeto Sandia "IFE driver" com 104 metros de diâmetro.
70 milhões de ampères, 7 milhões de volts, 490 terawatts teóricos.
70 módulos de 70 LTD cada, totalizando 392.000 capacitores.
Considerando as perdas inevitáveis, especialmente ao longo das linhas de transmissão magnéticamente isoladas (MITL), a Sandia estima alcançar 60 milhões de ampères a 6 milhões de volts. Isso representaria uma potência antes da injeção na alvo de 360 terawatts.
Esse banco de testes seria disposto horizontalmente, segundo um plano como indicado no esquema. Os russos do Instituto Kurchatov sugeriram também empilhar esses módulos verticalmente. Pode-se até imaginar uma simetria esférica. Como diz um dos cientistas trabalhando no tema: é um pouco como jogar no Mec...