A capacidade de aproveitar a fusão – a fonte de energia do nosso sol e de todas as estrelas – seria uma virada de jogo para a geração de energia terrestre. Há um século, os cientistas buscam esse santo graal da pesquisa energética. Em 8 de agosto de 2021, pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL), na Califórnia, disseram que fizeram descobertas que os colocam no limiar da ignição por fusão. Seu experimento focalizou a luz laser do National Ignition Facility do LLNL – do tamanho de três campos de futebol – em um alvo do tamanho de uma BB. O experimento produziu um ponto quente do diâmetro de um cabelo humano. Ele gerou mais de 10 quatrilhões de watts de potência de fusão por 100 trilionésimos de segundo.
Essa quantidade de geração de energia pode parecer pequena. Mas lembre-se de que o primeiro vôo dos irmãos Wright durou 12 segundos. E hoje podemos voar quilômetros acima do solo por horas e horas seguidas.
Além do mais, a comunidade de pesquisa de fusão usa muitas definições técnicas para ignição. Mas um porta-voz do LLNL disse à EarthSky que uma definição de 1997 – adotada pela Academia Nacional de Ciências – exige:
– Rendimento de fusão maior do que a energia do laser fornecida. Este experimento [anunciado em 8 de agosto] produziu rendimento de fusão de aproximadamente 2/3 da energia do laser que foi entregue, o que não atende à definição de ignição …
Então, eles não devem pegar ignição ainda, por esta definição. Mas os cientistas do LLNL disseram que conseguiram uma melhoria de 8 vezes em relação aos experimentos do início deste ano. E, eles disseram, é um aumento de 25 vezes em relação ao recorde anterior de 2018. Os cientistas agora sentem que estão no caminho certo para algo maior. Eles disseram que seu trabalho recente abre caminho para reações de fusão que irão produzir mais energia do que a necessária para operar o laser.
E isso vai ser muito emocionante!
A ciência da fusão
A fusão nuclear alimenta nosso sol. É o que faz o sol brilhar. A fusão é a união de dois elementos mais leves em um elemento mais pesado. Dentro de nosso sol, dois átomos de hidrogênio (o elemento mais simples) se fundem para criar o hélio. A fusão dentro das estrelas segue a famosa equação de Einstein E = mc ^ 2. Ou seja, quando os átomos de hidrogênio se fundem para formar o hélio, sobra um pouco de massa. Essa massa se converte em energia … e faz com que o sol brilhe.
Os reatores nucleares atuais operam por meio de um processo relacionado, denominado fissão. Essa é a divisão de átomos para produzir energia. A fusão é uma meta há muito buscada porque cria três a quatro vezes mais energia do que a fissão. E faz isso sem o subproduto tóxico do lixo nuclear (embora se diga que uma nova técnica de fissão, chamada Geração IV, é capaz de cuidar do problema do lixo).
Os cientistas realizaram a fissão na Terra na década de 1940. As bombas lançadas sobre Hiroshima e Nagasaki foram movidas por fissão nuclear. Mas a fusão tem sido um objetivo mais evasivo. Enormes quantidades de energia são necessárias para produzir uma reação de fusão em laboratórios baseados na Terra. Até agora, a produção de energia nunca foi mais do que a entrada de energia necessária.
Como a fusão é criada em um laboratório
Na National Ignition Facility do LLNL, os cientistas usam uma matriz gigante de 200 feixes de laser do comprimento de três campos de futebol focados em um alvo menor que uma ervilha. Esses alvos são pelotas de combustível de hidrogênio pesado, ou seja, deutério e trítio. Os lasers criam uma grande quantidade de calor e pressão, como aquele encontrado no centro do sol. O calor e a pressão criam partículas alfa – a mesma coisa que um núcleo de hélio – que aquecem o plasma circundante. O plasma aquecido libera mais partículas alfa até que a reação se sustente. Os cientistas chamam esse processo de ignição.
O experimento de 8 de agosto quebrou o que os cientistas chamam de barreira de 1 megajoule. É por isso que algumas instituições – por exemplo, Imperial College London – relataram que a ignição foi realizada. Como disse Hayley Dunning, do Imperial College London:
– Existem algumas definições de ignição! Nossos pesquisadores consideraram isso como o limite para a criação de mais de um megajoule de energia, enquanto eu acho que Livermore está olhando mais para “ponto de equilíbrio”, onde a energia de entrada é igual à energia de saída. O primeiro foi realizado, mas ainda não o segundo. Mas agora é só uma questão de tempo.
Ignição por fusão nuclear, energia limpa e o universo
Uma das ramificações empolgantes de disparar a ignição da fusão em um laboratório é o que isso significa para o futuro da produção de energia. Como disse Arthur Turrell, do Imperial College London:
Esta descoberta fenomenal nos traz tentadoramente perto de uma demonstração de “ganho líquido de energia” das reações de fusão, exatamente quando o planeta precisa.
Jeremy Chittenden, do Imperial College London, observou as implicações de energia, bem como nossa compreensão da criação do universo:
O ritmo de melhoria na produção de energia tem sido rápido, sugerindo que podemos alcançar em breve mais marcos de energia, como exceder a entrada de energia dos lasers usados para iniciar o processo. Isso é crucial para abrir a promessa da energia de fusão e permitir que os físicos investiguem as condições em alguns dos estados mais extremos do Universo, incluindo aqueles poucos minutos após o Big Bang.
Aidan Crilly, do Imperial College London, acrescentou:
A reprodução das condições no centro do sol nos permitirá estudar estados da matéria que nunca fomos capazes de criar em laboratório antes, incluindo aqueles encontrados em estrelas e supernovas. Também poderíamos obter insights sobre os estados quânticos da matéria e até mesmo sobre as condições cada vez mais próximas do início do Big Bang. Quanto mais quente ficamos, mais perto chegamos do primeiro estado do universo.
Fusão em armas nucleares
Os Estados Unidos têm um Programa de Gerenciamento de Estoque para garantir que as capacidades nucleares do país não se desgastem com o envelhecimento das armas, e a visão da fusão é uma parte importante desse esforço. O Diretor do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, Kim Budil, disse:
Este resultado é um passo histórico à frente para a pesquisa de fusão por confinamento inercial, abrindo um regime fundamentalmente novo para a exploração e o avanço de nossas missões críticas de segurança nacional.
As melhorias científicas e tecnológicas que ajudaram a atingir a meta de ignição incluíram novos diagnósticos, melhorias na fabricação de alvos, maior precisão do laser e alterações de design para aumentar a energia acoplada à implosão e à compressão da implosão.
O futuro da fusão
Ainda é muito cedo para saber exatamente o que o futuro reserva, mas com melhorias contínuas na criação de fusão no laboratório, nossa energia e avanços científicos serão monumentais. Steven Rose do Imperial College London disse:
O que foi alcançado alterou completamente o cenário de fusão, e agora podemos esperar usar plasmas inflamados tanto para descobertas científicas quanto para produção de energia.
Simplesmente demonstrar que a ignição por fusão nuclear é possível em um laboratório permite que outros tomem a bola e corram em direção ao nosso futuro de energia limpa. Chittenden disse:
Já provamos que é possível alcançar a ignição, inspirando outros laboratórios e start-ups ao redor do mundo trabalhando na produção de energia de fusão para tentar realizar as mesmas condições usando um método mais simples, mais robusto e acima de tudo mais barato.
Tanto o Imperial College London quanto o Lawrence Livermore National Laboratory fizeram anúncios separados descrevendo o marco da fusão. O anúncio do Imperial College London focou exclusivamente no lado científico, relatando que a descoberta poderia levar a uma fonte de energia limpa e responder a perguntas sobre o que aconteceu minutos após o Big Bang. O anúncio do Laboratório Nacional Lawrence Livermore centrou-se na segurança nacional e na modernização das armas nucleares.
Resumindo: a ignição por fusão nuclear foi acionada em um laboratório pela primeira vez. Pode abrir caminho para energia limpa e percepções sobre o Big Bang.
Publicado em 30/08/2021 16h25
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