Fusão nuclear: o laboratório que está prestes a atingir um marco na busca pela energia ilimitada

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Foto de grande estrutura interna de laboratório
A National Ignition Facility (NIF), na Califórnia, atingiu novo recorde em suas pesquisas com fusão nuclear

Um instituto científico dos Estados Unidos está prestes a conquistar um grande avanço na pesquisa com a fusão nuclear.

A National Ignition Facility (NIF) em Livermore, Califórnia, usa um poderoso laser para aquecer e comprimir combustível de hidrogênio e está a um passo de alcançar uma fusão nuclear de enormes proporções.

A partir de um experimento realizado em agosto de 2021, o laboratório em breve alcançará a meta de "ignição", quando a energia liberada pela fusão superará a liberada pelo laser.

A fusão é um tipo de energia nuclear diferente do processo de fissão, que é usado desde 1950 nos reatores de energia atômica. Na fusão, a energia é gerada a partir da união de átomos, enquanto na fissão ela é subproduto da divisão de átomos.

A fusão é o mesmo processo que acontece no Sol, e exige calor e pressão extremos, sendo muito mais difícil de controlar do que a fissão. Uma vez dominada, contudo, poderia nos fornecer uma fonte de energia limpa e ilimitada.

O processo não gera o lixo radioativo produzido pelos reatores de fissão, que é um dos principais obstáculos ao uso de energia nuclear atualmente, além do custo e das preocupação que a modalidade gera quanto à segurança e à proliferação de armas.

Recorde

Em um processo chamado de fusão nuclear com confinamento inercial, 192 raios de laser da instalação do NIF — a maior concentração de energia do mundo — são direcionados a uma cápsula do tamanho de um grão de pimenta.

Essa cápsula contém deutério e trítio, que são diferentes formas do elemento hidrogênio.

O procedimento comprime o combustível a 100 vezes a densidade do chumbo e o aquece a 100 milhões de graus Celsius — mais quente que o centro do sol. Essas condições ajudam a iniciar a fusão termonuclear.

Um experimento realizado em 8 de agosto rendeu 1,35 megajoules (MJ) de energia — cerca de 70% da energia do laser que chega à cápsula de combustível. Alcançar a ignição significa obter um rendimento de fusão superior aos 1,9 MJ aplicados pelo laser.

"Este é um grande avanço para a pesquisa com a fusão e para toda a comunidade envolvida nisso ", disse à BBC News Debbie Callahan, física do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, que abriga o NIF.

Ilustração mostra uma fração de combustível de hidrogênio dentro de um recipiente chamado hohlraum
Ilustração mostra uma fração de combustível de hidrogênio dentro de um recipiente chamado hohlraum

O experimento deste mês conseguiu um resultado oito vezes maior do que o recorde anterior (no início deste ano) e 25 vezes o rendimento de experimentos realizados em 2018.

"O ritmo de avanços na produção de energia tem sido rápido, sugerindo que podemos alcançar em breve mais recordes, como superar a energia dos lasers que iniciam o processo ", afirmou Jeremy Chittenden, codiretor do Centro para Estudos em Fusão Inercial no Imperial College London, na Inglaterra.

Cientistas do NIF também acreditam terem alcançado algo chamado de "plasma ardente", onde as próprias reações de fusão dão calor para mais fusão. Isso é vital para tornar o processo autossustentável e com alto rendimento.

"Acreditamos que nosso experimento chegou neste estágio, mas ainda estamos fazendo análises e simulações para ter certeza de que entendemos o resultado", explica Debbie Callahan.

Depois, os testes serão realizados novamente.

"Isso é fundamental para a ciência experimental. Precisamos entender quão reproduzíveis são os resultados, e quão sensíveis são a pequenas mudanças", diz Callahn.

"Depois, temos planos de melhorar o design deste sistema. Começaremos a trabalhar nisso no próximo ano."

Apesar dos enormes avanços, Chittenden disse que ainda há muito a superar.

"Os megajoules de energia liberados no experimento são realmente impressionantes em termos de fusão, mas na prática isso é equivalente à energia necessária para ferver uma chaleira."

"Energias de fusão muito mais altas podem ser alcançadas por meio da ignição se pudermos descobrir como manter o combustível unido por mais tempo, fazendo com que mais dele queime."

Outros investimentos na tecnologia

A construção da National Ignition Facility (NIF) nos Estados Unidos começou em 1997 e foi concluída em 2009. Os primeiros experimentos para testar a potência do laser começaram em outubro de 2010.

Outra função do NIF é monitorar a situação e segurança do estoque de armas nucleares dos Estados Unidos. Às vezes, os cientistas que precisam o usar o enorme laser para a fusão têm que dividir o tempo com experimentos voltados para segurança nacional.

Esse é um dos vários projetos pelo mundo voltados para a pesquisa com fusão. Um deles é a instalação ITER, orçada em bilhões de euros e atualmente em construção em Cadarache, França.

O ITER adotará uma abordagem diferente da fusão acionada por laser no NIF; a instalação no sul da França usará campos magnéticos para conter plasma quente — gás eletricamente carregado. Este conceito é conhecido como fusão por confinamento magnético.

Mas construir instalações de fusão comercialmente viáveis, capazes de fornecer energia em rede, exigirá outro salto gigante.

"Transformar esse conceito em uma fonte renovável de energia elétrica é provavelmente um processo longo e envolverá a superação de desafios técnicos substanciais, como ser capaz de recriar este experimento várias vezes por segundo para produzir uma fonte estável de energia", ressalva Chittenden.

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