Os cientistas estadunidenses anunciaram aquilo a que chamaram um grande avanço no objetivo de longa data de criação de energia a partir da fusão nuclear.
O Departamento de Energia dos EUA disse a 13 de Dezembro de 2022, que pela primeira vez - e após várias décadas de tentativas - os cientistas conseguiram retirar mais energia do processo do que a que tinham de colocar.
Mas qual é a importância deste desenvolvimento? E até que ponto está longe o sonho, há muito procurado, de uma fusão que forneça energia limpa e abundante? Carolyn Kuranz, professora associada de engenharia nuclear na Universidade de Michigan, que trabalhou nas instalações que acabaram de bater o recorde da fusão, ajuda a explicar este novo resultado.
O que aconteceu na câmara de fusão?
A fusão é uma reação nuclear que combina dois átomos para criar um ou mais átomos novos com um pouco menos de massa total. A diferença de massa é libertada como energia, tal como descrito pela famosa equação de Einstein, E = mc2 , onde a energia é igual à massa vezes a velocidade da luz elevada ao quadrado. Como a velocidade da luz é enorme, a conversão de apenas uma pequena quantidade de massa em energia - como acontece na fusão - produz uma quantidade de energia igualmente enorme.
Os investigadores da Instalação Nacional de Ignição do Governo dos Estados Unidos na Califórnia demonstraram, pela primeira vez, o que é conhecido como "ignição por fusão". A ignição é quando uma reação de fusão produz mais energia do que aquela que é colocada na reação a partir de uma fonte externa e se torna auto-sustentável.
A técnica ali utilizada envolvia disparar 192 lasers a uma cápsula de 0,04 polegadas (1 mm) de combustível feito de deutério e trítio - duas versões do elemento hidrogénio com neutrões extra - colocadas num recipiente de ouro. Quando os lasers atingem o recipiente, produzem raios X que aquecem e comprimem a pastilha de combustível a cerca de 20 vezes a densidade do chumbo e a mais de 5 milhões de graus Fahrenheit (3 milhões de graus Celsius) - cerca de 100 vezes mais quente do que a superfície do Sol. Se conseguir manter estas condições durante tempo suficiente, o combustível irá fundir-se e libertar energia.
O combustível e o recipiente são vaporizados em poucos bilionésimos de segundo durante a experiência. Os investigadores esperam então que o seu equipamento tenha sobrevivido ao calor e medido com precisão a energia libertada pela reação de fusão.
Então, o que é que eles conseguiram?
Para avaliar o sucesso de uma experiência de fusão, os físicos analisam a relação entre a energia libertada pelo processo de fusão e a quantidade de energia dentro dos lasers. A esta relação chama-se ganho.
Qualquer coisa acima de um ganho de 1 significa que o processo de fusão libertou mais energia do que os lasers emitidos.
A 5 de Dezembro de 2022, a Instalação Nacional de Ignição lançou uma cápsula de combustível com 2 milhões de joules de energia laser - mais ou menos a quantidade de energia necessária para fazer funcionar um secador de cabelo durante 15 minutos - tudo contido em poucos bilionésimos de segundo. Isto desencadeou uma reação de fusão que libertou 3 milhões de joules. Isto é um ganho de cerca de 1,5, batendo o recorde anterior de um ganho de 0,7 alcançado pela Instalação em Agosto de 2021.
Quão importante é este resultado?
A energia de fusão tem sido o "Santo Graal" da produção de energia há quase meio século. Embora um ganho de 1,5 seja, creio eu, um verdadeiro avanço científico histórico, há ainda um longo caminho a percorrer antes que a fusão seja uma fonte de energia viável.
Embora a energia laser de 2 milhões de joules fosse inferior ao rendimento da fusão de 3 milhões de joules, foram necessários quase 300 milhões de joules para produzir os lasers utilizados nesta experiência. Este resultado mostrou que a ignição por fusão é possível, mas será necessário muito trabalho para melhorar a eficiência ao ponto de a fusão poder proporcionar um retorno líquido de energia positiva quando se tem em consideração todo o sistema ponta a ponta, e não apenas uma interação única entre os lasers e o combustível.
O que precisa de ser melhorado?
Há uma série de peças do puzzle da fusão que os cientistas têm vindo a melhorar continuamente desde há décadas para produzir este resultado, e a continuação do trabalho pode tornar este processo mais eficiente.
Primeiro, os lasers só foram inventados em 1960. Quando o governo dos EUA concluiu a construção da Instalação Nacional de Ignição em 2009, esta era a instalação laser mais poderosa do mundo, capaz de fornecer 1 milhão de joules de energia a um alvo. Os 2 milhões de joules que produz atualmente são 50 vezes mais energéticos do que o seguinte laser mais potente da Terra. Lasers mais potentes e formas menos intensivas de produzir esses poderosos lasers poderiam melhorar bastante a eficiência global do sistema.
As condições de fusão são muito difíceis de manter, e qualquer pequena imperfeição na cápsula ou no combustível pode aumentar as necessidades energéticas e diminuir a eficiência. Os cientistas fizeram muitos progressos para transferir mais eficientemente a energia do laser para o recipiente e a radiação de raios X do recipiente para a cápsula de combustível, mas atualmente apenas cerca de 10% a 30% da energia total do laser é transferida para o recipiente para o combustível.
Finalmente, enquanto uma parte do combustível, o deutério, é naturalmente abundante na água do mar, o trítio é muito mais raro. Na verdade, a própria fusão produz trítio, pelo que os investigadores esperam desenvolver formas de colher este trítio diretamente. Entretanto, existem outros métodos disponíveis para produzir o combustível necessário.
Estes e outros obstáculos científicos, tecnológicos e de engenharia terão de ser ultrapassados antes que a fusão produza eletricidade para a sua casa. Também será necessário trabalhar para fazer baixar o custo de uma central de fusão bem abaixo dos 3,5 mil milhões de dólares da Instalação Nacional de Ignição. Estas medidas exigirão investimentos significativos tanto por parte do governo federal como da indústria privada.
Vale a pena notar que existe uma corrida global em torno da fusão, com muitos outros laboratórios em todo o mundo a seguirem técnicas diferentes. Mas com o novo resultado da Instalação Nacional de Ignição, o mundo viu, pela primeira vez, provas de que o sonho da fusão é realizável.
Carolyn Kuranz é Professora Associada de Engenharia Nuclear, Universidade de Michigan. Recebe financiamento da Administração Nacional de Segurança Nuclear e do Laboratório Nacional Lawrence Livermore. Faz parte de uma comissão de revisão do Lawrence Livermore National Laboratory. É membro do Comité Consultivo da Ciência da Energia de Fusão. Artigo publicado no portal The Conversation, traduzido por Luís Branco para o Esquerda.net.
