A Proxima Fusion surgiu do renomado Instituto Max Planck de Física de Plasma (IPP), tornando-se a primeira e única spin-out com mais de sessenta anos de pesquisa em fusão com financiamento público na Alemanha. Com uma equipe composta por físicos e engenheiros de alto nível, a Proxima combina profundo conhecimento científico com a agilidade de uma startup.
Sua missão é clara e ambiciosa: construir a primeira usina de fusão comercial do mundo. Esse objetivo está sendo alcançado por meio de uma combinação ousada de pesquisa avançada e tecnologias emergentes, como supercondutores de alta temperatura, manufatura aditiva, aprendizado de máquina e automação de processos industriais. No centro desse esforço está a promessa da fusão stellarator — um caminho agora viabilizado por avanços em design, simulação e produção.
Historicamente, os stellarators eram muito complexos para serem projetados de forma eficiente devido ao grande número de variáveis necessárias para sua configuração. Ao contrário dos tokamaks, que usam uma corrente dentro do próprio plasma para ajudar a moldar o campo magnético, os stellarators dependem inteiramente de ímãs externos para confinar o plasma em uma forma tridimensional. Os graus de liberdade resultantes eram um pesadelo para métodos de projeto manuais ou mesmo os primeiros auxiliados por computador.
Tudo isso mudou com o advento da supercomputação. A Proxima Fusion levou isso adiante ao desenvolver o StarFinder, uma plataforma de otimização e design de stellarator baseada em nuvem que revoluciona o processo. Ela permite iteração de alta velocidade em geometrias de stellarator quase isodinâmicas (QI), reduzindo drasticamente os custos e acelerando os cronogramas de desenvolvimento. A simulação e a prototipagem rápida via impressão 3D andam de mãos dadas, abrindo caminho para modelos de stellarator verdadeiramente práticos.
Um dos facilitadores técnicos mais significativos dessa jornada é o uso de supercondutores de alta temperatura (HTS). Os supercondutores tradicionais requerem resfriamento a temperaturas próximas ao zero absoluto, o que torna seu uso caro e limitado em termos de projeto de reatores. Os materiais HTS, por outro lado, operam em temperaturas muito mais altas e podem suportar campos magnéticos mais fortes.
Essa vantagem tecnológica permite que os stellarators sejam projetados com dimensões muito menores, ao mesmo tempo em que alcançam um confinamento de plasma potente. Isso também abre um espaço de projeto mais amplo, dando aos engenheiros mais flexibilidade na modelagem dos campos magnéticos sem enfrentar as restrições operacionais que normalmente sobrecarregam os tokamaks.
A Proxima Fusion está utilizando a tecnologia HTS especificamente em seus projetos de estelarator QI. Essas configurações eliminam correntes toroidais, eliminando efetivamente o risco de instabilidades induzidas por corrente que podem causar interrupções em tokamaks. A robustez dessa abordagem já está sendo demonstrada pelo Wendelstein 7-X (W7-X), um protótipo-chave desenvolvido no IPP, que valida a viabilidade da operação contínua.
Em consonância com essas descobertas, o conceito de usina Stellaris da Proxima integra ímãs supercondutores de alta temperatura com uma arquitetura magnética quase isodinâmica. Ele representa uma nova classe de estelarator, que não só apresenta melhor desempenho, mas também é mais fácil de operar e manter.
No cerne do Stellaris está uma abordagem de projeto coesa que unifica simulações eletromagnéticas, estruturais, térmicas e neutrônicas. Ao contrário dos conceitos anteriores de reatores, que frequentemente abordavam essas disciplinas isoladamente, o Stellaris as integra em um modelo de sistema único e coerente. Essa filosofia de engenharia de sistemas garante que todos os componentes sejam otimizados em contexto, desde o comportamento do plasma até as tensões da bobina e o gerenciamento de calor. O resultado é um reator mais compacto que produz mais potência por unidade de volume do que qualquer usina stellarator projetada anteriormente.
Um dos maiores divisores de águas que possibilitam essa integração é a manufatura aditiva, também conhecida como impressão 3D. Os métodos tradicionais de fabricação enfrentam dificuldades com as geometrias complexas exigidas para bobinas e suportes do stellarator. A manufatura aditiva contorna esse gargalo, permitindo a construção direta de formas complexas a partir de polímeros, compósitos ou metais com alta precisão.
No desenvolvimento do UST-2 stellarator, pesquisadores demonstraram que estruturas de bobinas de polímero e compósito podiam ser impressas e preenchidas com resina de reforço para atingir tolerâncias superiores a 0,3 milímetros. Da mesma forma, testes com bobinas do stellarator EPOS mostraram que estruturas de alumínio impressas em 3D conseguiam manter a precisão posicional e o desempenho magnético dentro das faixas previstas.
Essa mudança para a manufatura aditiva acelera a prototipagem e reduz significativamente os custos. Permite testes rápidos de novas ideias e a implementação ágil de melhorias — vantagens essenciais em um campo onde a iteração é crucial. Além disso, abre caminho para o uso de novos materiais e conjuntos híbridos que são simplesmente impraticáveis com a usinagem tradicional. Esses avanços estão possibilitando a fabricação de projetos antes impossíveis de construir, expandindo os limites da construção viável de reatores de fusão.
O aprendizado de máquina é outra parte integrante do conjunto de ferramentas da Proxima Fusion. Algoritmos auxiliam na otimização de configurações magnéticas, geometrias de bobinas, tolerâncias térmicas e até mesmo no uso de materiais. A automação aprimora ainda mais esse ecossistema, otimizando tudo, desde o enrolamento da bobina até a garantia de qualidade. Graças a essas tecnologias digitais, a industrialização da construção de stellarators, há muito considerada impraticável, está agora ao nosso alcance.
A escolha de stellarators em vez de tokamaks é estratégica. Embora os tokamaks tenham historicamente dominado o cenário da fusão devido à sua relativa simplicidade no projeto inicial, eles enfrentam desafios operacionais. Estes incluem operação baseada em pulsos e vulnerabilidade a interrupções repentinas. Os stellarators, por outro lado, são projetados para operação contínua e estável. A complexidade de seu projeto — antes um grande obstáculo — agora é administrável graças à simulação avançada e à manufatura aditiva. Isso os torna um candidato mais viável para usinas de fusão de longo prazo conectadas à rede.
Stellaris, o principal projeto da Proxima, representa a síntese de todas essas inovações. É o primeiro conceito de stellarator a combinar todos os principais aspectos da física e da engenharia de reatores em um projeto com foco comercial. O sistema de exaustão de calor com desvio de ilha — testado pela primeira vez em W7-AS e W7-X — demonstrou sua eficácia, abordando um dos desafios críticos do confinamento sustentado de plasma. Seu tamanho compacto, possibilitado pelos ímãs HTS, e a precisão oferecida pela manufatura aditiva o aproximam mais da implantação no mundo real do que qualquer stellarator anterior. Para saber mais sobre o stellarator acesse o site.
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