Histórico: experiência de fusão nuclear gerou mesmo mais energia do que a que gastou

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ZAP // NightCafe Studio

Há pouco mais de um ano, cientistas norte-americanos reproduziram o poder do Sol em laboratório: obtiveram 2,5 megajoules de energia a partir de apenas 2,1. Os seus resultados foram agora confirmados e publicados.

Em dezembro de 2022, cientistas do US National Ignition Facility anunciaram um marco histórico: pela primeira vez, a sua reação de fusão alimentada a laser tinha “equilibrado as contas”, produzindo mais energia do que consumiu.

Este foi, basicamente, o anúncio de que o “Santo Graal” da energia limpa teria sido encontrado.

Mas avanços tão significativos como este têm que ser rigorosamente verificados – e isso pode levar algum tempo.

Agora, pouco mais de um ano após o bombástico anúncio, uma série de artigos científicos que detalharam o planeamento da experiência e os resultados da reação inicial acabam de passar pelo crivo da revisão por pares. e foram publicados esta segunda-feira na revista Physical Review Letters.

Ou seja, um painel de investigadores não envolvidos no estudo avaliaram os métodos utilizados, verificaram os cálculos e resultados apresentados e validaram as suas conclusões: foi atingido um marco histórico na Física.

“Esta conquista é o culminar de mais de cinco décadas de pesquisa e prova que a fusão em laboratório, baseada em princípios fundamentais de física, é possível,” escrevem os membros da equipa da Colaboração Indirect Drive ICF no primeiro dos cinco artigos agora publicados.

Se a fusão nuclear, que consiste na junção de dois ou mais átomos para formar um átomo maior, puder ser dominada e realizada em escalada, promete dar-nos uma fonte abundante e inesgotável de energia limpa sem as emissões de gases de efeito estufa dos combustíveis fósseis ou o resíduo radioativo da fissão nuclear.

Estas reações laboratoriais estão longe das aplicações à escala comercial, imitando as reações de fusão que alimentam o nosso Sol e  restantes estrelas, para já, numa escala minúscula. Sem a massa do Sol para fornecer uma força gravitacional, os métodos para fundir átomos na Terra dependem do calor.

No caso desta tecnologia de fusão específica, explica o Science Alert, esse calor é fornecido através de uma poderosa rajada de luz, fornecida por raios laser.

As experiências envolveram o bombardeamento de uma cápsula com apenas 220 microgramas de combustível de deutério e trítio por 192 lasers de alta potência — o que eleva a pressão no interior da cápsula para 600 mil milhões de atmosferas e a temperatura para 151 milhões de °C.

As condições assim obtidas, que excedem em muito as do interior do Sol, causam a implosão do combustível — os átomos de deutério e trítio — que se fundem, criando hélio e libertando energia.

Nas experiências realizadas em dezembro de 2022, os lasers dispararam 2,05 megajoules (MJ) de energia sobre combustível, resultando na libertação de 3,15 MJ – ou seja, produziram cerca de 1,5 vezes mais energia do que a que foi usada para fundir o combustível, passando o chamado limiar de ignição.

Os cinco artigos agora publicados detalham o progresso que tornou possível “equilibrar as contas“, incluindo ajustes na mistura de combustível, eliminação de defeitos nas paredes da cápsula, aumento da massa da cápsula (do tamanho de uma ervilha), aumento da energia dos lasers e aumento do volume de combustível usado.

Após as primeiras experiências, os investigadores aumentaram a energia dos lasers usados, tendo conseguido, em meados de 2023, gerar 3,88 MJ de energia a partir do mesmo input de 2,05 MJ – cerca de 1,9 vezes a energia injetada. Este é o melhor resultado obtido até agora pela equipa de investigadores.

É necessário ter em consideração que, para aplicar esse input de 2,05 MJ, os lasers necessitam de enormes quantidades de energia — ou seja, há ainda um longo caminho a percorrer antes que estas reações de fusão, na “contabilidade final”,  gerem realmente mais energia do que é necessário para as iniciar.

“Há uma hipótese de conseguirmos chegar à fusão nuclear,” explica à New Scientist o físico nuclear Martin Freer, da Universidade de Birmingham. “Mas os desafios que temos são bastante íngremes, do ponto de vista científico”.

Podemos estar ainda a décadas de ter fusão nuclear em escala e energia limpa ilimitada — mas os primeiros passos estão dados.

Os cinco artigos científicos agora publicados podem ser consultados aqui:

Achievement of Target Gain Larger than Unity in an Inertial Fusion Experiment
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.065102
Design of the first fusion experiment to achieve target energy gain G>1
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.109.025204
Energy Principles of Scientific Breakeven in an Inertial Fusion Experiment
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.065103
Observations and properties of the first laboratory fusion experiment to exceed a target gain of unity
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.109.025203
Hohlraum Reheating from Burning NIF Implosions
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.065104

ZAP //

3 Comments

  1. A palavra “bombástico” não existe neste sentido, e significa algo que tem pouco valor. O bombaste é uma palavra persiana e significa um material para preencher buracos. O bombástico mesmo que dizer algo de bombaste, que não tem valor nenhum.

  2. É assustador pensar que uma reação não controlada poderia fazer…
    600 mil milhões de atmosferas de pressão e 151 milhões de graus, é algo impensável.
    Questões para mim e para os curiosos? Estaríamos perto de criar um buraco negro? De recriar o big bang? De uma reação descontrolada eliminar o planeta sem os humanos darem conta?
    Parece me algo saído de ficção que só na própria ficção se consegue controlar.
    Imaginem dezenas de centrais assim capazes de alimentar países inteiros, o que aconteceria em caso de ataque e destruição a essas instalações?
    Não só grandes questões científicas e desenvolvimento se põe mas também investimentos e segurança nacional ou até mesmo da população mundial.

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