Um projeto para replicar o processo de energia do sol se mostrou promissor após seu primeiro ano de experimentos, com uma abordagem de custo comparativamente baixo. O pesquisador líder Zhang Zhe prevê que uma nova geração de instalações de laser de grande escala será concluída ou quase concluída na China em 2026
Em uma instalação do tamanho de um campo de futebol em Xangai, cientistas chineses estão disparando poderosos feixes de laser contra um minúsculo par de cones de ouro em uma tentativa de replicar o processo de fusão nuclear no coração do sol.
Os cones, do tamanho de pontas de lápis, têm pontas estreitas que ficam de frente uma para a outra e emitem um plasma de hidrogênio. Quando os dois fluxos de gás quente colidem precisamente na hora e no lugar certos, e da maneira certa, eles desencadeiam uma reação de fusão – o processo que, em última análise, poderia fornecer uma fonte de energia sustentável sem fim.
Com financiamento governamental de 1 bilhão de yuans (US $ 156 milhões) ao longo de seis anos, Zhang Zhe e seus colegas do Instituto de Física da Academia Chinesa de Ciências em Pequim começaram seus experimentos sem precedentes nas instalações de laser Shenguang II em Xangai no verão passado.
A equipe de pesquisa realizou três testes até agora, com outro programado para o próximo mês, e encontrou alguns desafios inesperados. Mas os resultados iniciais sugerem que a teoria funciona e parte das descobertas foram publicadas na semana passada na revista nacional revisada por pares Acta Physica Sinica.
“Nosso objetivo é alcançar uma fusão sustentável”, disse Zhang em uma entrevista por telefone na terça-feira. Para geração de energia, “os cones podem ser produzidos em massa e carregados como balas em uma máquina que irá girar e disparar como uma metralhadora Gatling”.
A corrida pela energia de fusão esquentou em agosto, quando pesquisadores do National Ignition Facility (NIF) dos EUA alcançaram uma produção de energia oito vezes maior do que nunca. Embora a produção ainda fosse menor do que a entrada de energia, o avanço deu esperança e também aumentou a pressão para equipes de pesquisa em outros países, incluindo a China.
O experimento NIF apontou mais de 100 feixes de laser extremamente fortes em um único alvo, usando alguns dos maiores geradores de laser da Terra, produzindo calor suficiente para deformar espelhos, mas também reduzindo a precisão após tiros repetidos.
Na China, os pesquisadores estavam procurando uma maneira mais barata e simples de conseguir a fusão com um laser menos potente. Um dos resultados foi o esquema de ignição de cone duplo desenvolvido em 1997 por Zhang Jie, um importante físico chinês e ex-presidente da Universidade Jiao Tong de Xangai.
O plasma gerado por feixes de laser relativamente fracos em um único alvo era insuficiente para criar as condições certas para a fusão, mas quando dois fluxos de plasma se chocassem, a temperatura, densidade e pressão do gás aumentariam significativamente para permitir que dois átomos se fundissem em um e liberar energia no processo.
A ideia permaneceu no papel por duas décadas porque a tecnologia necessária a laser de ponta não estava disponível. No entanto, cientistas chineses construíram recentemente algumas das fontes de laser ultrarrápidas mais poderosas do mundo, capazes de liberar uma quantidade considerável de energia em uma fração de segundo. Foram essas novas tecnologias que abriram caminho para o sinal verde do governo para o experimento em Xangai no ano passado.
Os cones de ouro evaporam após a fusão, mas “o custo do ouro será extremamente pequeno – senão desprezível – na operação futura de uma usina”, disse Zhang Zhe. “Um pequeno grão de ouro pode fazer milhares de cones.”
Os “combustíveis” para a fusão dentro dos cones – bolas geladas de deutério e trítio, dois isótopos de hidrogênio – são mais caros do que o metal precioso, usado por causa do grande número de elétrons do ouro, de acordo com Zhang Zhe. Quanto mais elétrons, mais calor um material pode absorver antes de mudar de forma. E a suavidade do ouro torna relativamente fácil de processar mecanicamente.
Cada cone dourado no experimento de Xangai custou algumas centenas de dólares, em comparação com as centenas de milhares de dólares de um alvo no experimento NIF. Mas, para Zhang Zhe e seus colegas, algumas questões são mais desafiadoras do que dinheiro.
Por exemplo, durante o bombardeio a laser, o combustível de hidrogênio deve se comprimir dentro do cone, implodir e disparar como a chama de um foguete. Para melhor controle do processo, os pesquisadores revestiram o combustível com uma fina camada de material plástico absorvente de calor. Mas eles descobriram que sempre havia buracos na superfície do plástico que se transformavam em bolhas quando atingidos pelo laser.
Em seus experimentos, Zhang Zhe e sua equipe descobriram que as bolhas eram prejudiciais ao processo de fusão, pois podiam estourar e tirar muita energia. Para resolver esse problema, os pesquisadores encontraram uma série de soluções, incluindo o aumento da espessura do invólucro de plástico e o aumento da estabilidade dos feixes de laser.
“Estamos progredindo passo a passo. Em 2026, uma nova geração de instalações de laser em grande escala será concluída ou quase concluída na China. Eles vão elevar o jogo a um nível totalmente novo “, disse Zhang Zhe.
Um cientista de fusão nuclear baseado em Pequim disse que o orçamento para a pesquisa de Xangai é pequeno em comparação com o investimento em outros projetos de fusão. O maior projeto de pesquisa de fusão do mundo, o International Thermal Experimental Reactor no sul da França (ITER), por exemplo, tem um orçamento estimado de US $ 45 a US $ 65 bilhões.
A ideia de criar um sol artificial para gerar um suprimento enorme, infinito e limpo de energia existe há décadas e os cientistas criaram diferentes abordagens que às vezes competem por recursos e atenção.
O ITER usa o maior concorrente para a abordagem de laser (também conhecido como fusão de confinamento inercial), o tokamak – um dispositivo que pode gerar e capturar gás quente com um campo magnético extremamente poderoso para que a fusão ocorra em seu interior.
“O esquema de cone duplo é uma ideia brilhante. Em geral, acredita-se que o tokamak seja mais adequado para produção de energia em grande escala, mas alguns avanços recentes nos experimentos movidos a laser sugerem que essa abordagem pode ser uma forte candidata “, disse o pesquisador, que pediu para não ser identificado por causa de seus militares trabalhar.
“É difícil prever qual abordagem ou qual país vai ganhar a corrida nesta fase. Há muitas incertezas pela frente “, disse ele. “Mas, no final, diferentes tecnologias, diferentes nações podem precisar se unir para trazer a fusão do sonho à vida.”
Publicado em 15/11/2021 08h38
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