Por que a fusão nuclear pode ser uma descoberta de energia limpa

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O maior avanço na pesquisa de fusão anunciado em Washington na terça-feira estava por décadas, com cientistas pela primeira vez capazes de projetar uma reação que produzisse mais energia do que foi usada para iniciá-la.

Usando lasers poderosos para concentrar uma enorme energia em uma cápsula em miniatura com metade do tamanho de um BB, cientistas do Lawrence Livermore National Laboratory, na Califórnia, iniciaram uma reação que produziu cerca de 1,5 vezes mais energia do que a contida na luz usada para produzi-la.

Há mais décadas para esperar antes que a fusão possa um dia – talvez – ser usada para produzir eletricidade no mundo real. Mas a promessa de fusão é atraente. Se aproveitado, poderia produzir quase ilimitada energia livre de carbono para suprir as necessidades de eletricidade da humanidade sem aumentar as temperaturas globais e piorar as mudanças climáticas.

Na coletiva de imprensa em Washington, os cientistas comemoraram.

“Então, isso é muito legal”, disse Marvin “Marv” Adams, vice-administrador da Administração de Segurança Nuclear Nacional para programas de defesa.

“O combustível de fusão na cápsula foi espremido, as reações de fusão começaram. Isso tudo aconteceu antes – 100 vezes antes – mas na semana passada, pela primeira vez, eles projetaram esse experimento para que o combustível de fusão permanecesse quente o suficiente, denso o suficiente e redondo o suficiente por tempo suficiente para inflamar”, disse Adams. “E produziu mais energia do que os lasers haviam depositado.”

Usando lasers poderosos para concentrar uma enorme energia em uma cápsula em miniatura com metade do tamanho de um BB, cientistas do Lawrence Livermore National Laboratory, na Califórnia, iniciaram uma reação que produziu cerca de 1,5 vezes mais energia do que a contida na luz usada para produzi-la.
Usando lasers poderosos para concentrar uma enorme energia em uma cápsula em miniatura com metade do tamanho de um BB, cientistas do Lawrence Livermore National Laboratory, na Califórnia, iniciaram uma reação que produziu cerca de 1,5 vezes mais energia do que a contida na luz usada para produzi-la.

Aqui está uma olhada em exatamente o que é a fusão nuclear e algumas das dificuldades em transformá-la na fonte de energia barata e livre de carbono que os cientistas esperam que possa ser.

O QUE É FUSÃO NUCLEAR?

Olhe para cima e está acontecendo bem acima de você – as reações de fusão nuclear alimentam o sol e outras estrelas.

A reação acontece quando dois núcleos leves se fundem para formar um único núcleo mais pesado. Como a massa total desse único núcleo é menor que a massa dos dois núcleos originais, a massa restante é a energia liberada no processo, de acordo com o Departamento de Energia.

No caso do sol, seu calor intenso – milhões de graus Celsius – e a pressão exercida por sua gravidade permitem que átomos que de outra forma se repeliriam se fundissem.

Os cientistas há muito entendem como a fusão nuclear funciona e tentam duplicar o processo na Terra desde a década de 1930. Os esforços atuais se concentram na fusão de um par de isótopos de hidrogênio – deutério e trítio – de acordo com o Departamento de Energia, que diz que uma combinação específica libera “muito mais energia do que a maioria das reações de fusão” e requer menos calor para fazê-lo.

QUÃO VALIOSO ISSO PODE SER?

Daniel Kammen, professor de energia e sociedade da Universidade da Califórnia em Berkeley, disse que a fusão nuclear oferece a possibilidade de combustível “basicamente ilimitado” se a tecnologia puder ser comercialmente viável. Os elementos necessários estão disponíveis na água do mar.

É também um processo que não produz o lixo radioativo da fissão nuclear, disse Kammen.

Cruzar a linha de ganho líquido de energia marca uma grande conquista, disse Carolyn Kuranz, professora da Universidade de Michigan e física de plasma experimental.

“Claro, agora as pessoas estão pensando, bem, como vamos para 10 vezes mais ou 100 vezes mais? Sempre há um próximo passo”, disse Kuranz. “Mas acho que é uma linha clara de, sim, alcançamos a ignição no laboratório.”

COMO OS CIENTISTAS ESTÃO TENTANDO FAZER ISSO?

Uma maneira pela qual os cientistas tentaram recriar a fusão nuclear envolve o que é chamado de tokamak – uma câmara de vácuo em forma de rosquinha que usa ímãs poderosos para transformar combustível em um plasma superaquecido (entre 150 milhões e 300 milhões de graus Celsius), onde a fusão pode ocorrer.

O laboratório de Livermore usa uma técnica diferente, com os pesquisadores disparando um laser de 192 feixes em uma pequena cápsula cheia de combustível deutério-trítio. O laboratório informou que um teste de agosto de 2021 produziu 1,35 megajoules de energia de fusão – cerca de 70% da energia disparada contra o alvo. O laboratório disse que vários experimentos subsequentes mostraram resultados decrescentes, mas os pesquisadores acreditam ter identificado maneiras de melhorar a qualidade da cápsula de combustível e a simetria dos lasers.

POR QUE A FUSÃO É TÃO DIFÍCIL?

É preciso mais do que calor e pressão extremos. Também requer precisão. A energia dos lasers deve ser aplicada precisamente para neutralizar a força externa do combustível de fusão, de acordo com Stephanie Diem, professora de física de engenharia da Universidade de Wisconsin-Madison.

E isso é apenas para provar que o ganho líquido de energia é possível. É ainda mais difícil produzir eletricidade em uma usina.

Por exemplo, os lasers do laboratório só podem disparar algumas vezes por dia. Para produzir energia de forma viável, eles precisariam disparar rapidamente e as cápsulas precisariam ser inseridas várias vezes por minuto, ou até mais rápido, disse Kuranz.

Outro desafio é aumentar a eficiência, disse Jeremy Chittenden, professor do Imperial College de Londres especializado em física de plasma. Os lasers usados ​​em Livermore requerem muita energia elétrica, e os pesquisadores precisam descobrir uma maneira de reproduzir seus resultados de maneira muito mais econômica, disse ele.

A repórter da Associated Press, Maddie Burakoff, contribuiu para este relatório.

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