Físicos trabalham em uma instalação de fusão a laser nos EUA anunciaram uma estreia mundial – a geração de mais energia a partir de uma reação de fusão nuclear controlada do que o necessário para alimentar a reação. Eles conseguiram isso usando US$ 3.5 bilhões Instalação Nacional de Ignição (NIF) - um sistema de lasers do tamanho de um estádio de futebol baseado no Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL) na Califórnia. O disparo do laser, realizado em 5 de dezembro, liberou 3.15 milhões de Joules (MJ) de energia de uma pequena pelota contendo dois isótopos de hidrogênio – em comparação com os 2.05 MJ que esses lasers entregaram ao alvo.
Falando ontem em uma conferência de imprensa em Washington D.C. organizada pela Departamento de Energia para anunciar a conquista, Mark Herrmann, chefe de física e design de armas do LLNL, observou que a descoberta tem uma dupla importância. Embora mais imediatamente deva melhorar a capacidade dos EUA de monitorar seu estoque de armas nucleares sem testes – o principal objetivo do NIF –, pode, a longo prazo, levar a uma nova forma de energia limpa e sustentável. O resultado, segundo ele, deixou os colegas “muito animados”.
Para Michael Campbell, da Universidade de Rochester, nos Estados Unidos, a superação do “equilíbrio energético” – objetivo dos cientistas há décadas – constitui um “momento dos irmãos Wright” para a pesquisa de fusão. Steven Rosa do Imperial College London argumenta que o resultado “mostra conclusivamente que a fusão inercial funciona na escala de megajoule”.
'Algo grande'
O NIF desencadeia reações de fusão mirando quase 200 feixes de laser de alta potência no interior de um cilindro de metal oco de 1 cm de comprimento. Os intensos raios X gerados no processo convergem para uma cápsula esférica de 2 mm de diâmetro colocada no meio do cilindro que contém deutério e trítio. À medida que a parte externa da cápsula é lançada, o deutério e o trítio são forçados para dentro e, por um breve momento, experimentam enormes pressões e temperaturas – altas o suficiente para que os núcleos superem sua repulsão mútua e se fundam, produzindo calor, núcleos de hélio e nêutrons.
Tendo ativado o NIF em 2009, os pesquisadores originalmente previam alcançar o ponto de equilíbrio (ou “ignição”, como o marco é frequentemente chamado) três anos depois. Mas problemas causados por instabilidades no plasma gerado durante a fusão e assimetrias nas implosões da cápsula limitaram a produção de fusão da instalação.
Tem sido um trabalho árduo de 10 anos de resolução de problemas em etapas para chegar a este ponto
Furacão Omar
Demorou até o início de 2021 para os cientistas entenderem as implosões o suficiente para criar um “plasma em chamas” e gerar mais calor dos núcleos de hélio do que o fornecido pelo laser. Então, mais tarde naquele ano, eles finalmente obtiveram uma reação de fusão autossustentável na qual o calor gerado superou as perdas devido ao resfriamento – alcançando um rendimento energético de 1.37 MJ.
A física do LLNL Annie Kritcher diz que o resultado mais recente foi alcançado aumentando ligeiramente a energia do laser – cerca de 8% acima em comparação com os 1.92 MJ empregados no ano passado – enquanto tornava as cápsulas um pouco mais espessas e, portanto, um pouco mais resistentes a defeitos. Além disso, eles melhoraram a simetria da implosão ao transferir energia entre feixes de laser durante o processo de fusão.
O colega de Kritcher, Alex Zylstra, observou que o tiro recorde foi feito pouco depois da 1h, horário local, em 5 de dezembro. O tiro gerou grandes quantidades de nêutrons, sugerindo que “algo grande aconteceu”, como disse o diretor do laboratório, Kim Budil. No entanto, acrescenta Budil, muitas outras medições foram realizadas para confirmar o lance sem precedentes, com uma equipe de especialistas independentes sendo chamada para revisar os resultados antes de serem anunciados ontem.
Década longa 'slog'
De acordo com Omar Hurricane, cientista-chefe do programa de fusão de Livermore, não havia dúvida de que o equilíbrio seria alcançado devido à observação de um plasma em chamas alguns anos atrás. A única questão para ele era exatamente quando o marco ocorreria. “Tem sido um trabalho árduo de 10 anos de solução de problemas em etapas para chegar a este ponto”, disse ele Mundo da física. “Dez anos parecem muito, mas na realidade acho que é um tempo relativamente curto para um desafio científico tão difícil.”
O marco da fusão a laser da National Ignition Facility inflama o debate
Sobre onde o resultado mais recente deixa a fusão inercial em comparação com um esquema rival que depende de ímãs para conter o plasma por períodos de tempo relativamente longos (como será explorado no ITER na França), Tammy Ma de Livermore diz que ambas as abordagens têm seus “prós e contras”. Embora o confinamento magnético ainda não tenha atingido o ponto de equilíbrio, ela diz que é mais avançado quando se trata de desenvolvimento de tecnologia. De fato, ela aponta que o NIF não foi projetado para demonstrar energia de fusão prática – consumindo cerca de 300 MJ de eletricidade para cada disparo de laser de 2 MJ.
Tanto Ma quanto Campbell acreditam que há muito espaço para melhorias. Considerando que a tecnologia NIF da década de 1990 tem apenas 0.5% de eficiência, Campbell diz que os lasers modernos podem chegar a 20%. Quando combinado com melhorias adicionais no ganho de energia no alvo, ele afirma que a fusão inercial pode se tornar uma realidade comercial. Mas ele avalia que esse ponto ainda está provavelmente a décadas de distância, com “muitos desafios” sendo necessários primeiro para serem superados.
