Confirmada ignição da fusão nuclear

Com informações da APS - 09/08/2022

Esta imagem estilizada mostra um dos alvos usados nos experimentos de fusão inercial.
[Imagem: James Wickboldt/LLNL]

Mais um passo rumo à fusão nuclear

Pesquisadores do Laboratório Nacional Los Alamos, dos EUA, confirmaram ter conseguido ultrapassar o limite de ignição da fusão nuclear, abrindo caminho para essa tão esperada fonte limpa de energia.

O feito foi alcançado no NIF (National Ignition Facility), um gigantesco laboratório experimental que está tentando chegar à fusão nuclear por um método conhecido como fusão por confinamento, ou fusão inercial, onde um conjunto de 192 feixes de laser são focados simultaneamente em uma cápsula de dois milímetros contendo o combustível nuclear.

O aquecimento quase instantâneo faz a cápsula implodir, comprimindo os átomos em seu interior, que então se fundem - esta é a fusão nuclear.

A ignição da fusão nuclear foi alcançada em Agosto do ano passado, e noticiada aqui no Site Inovação Tecnológica. Mas só agora os artigos científicos descrevendo o feito foram revisados pelos pares e publicados, o que significa que a comunidade científica concorda com a alegação da equipe de que o limiar da fusão nuclear foi mesmo ultrapassado - ainda que por um período brevíssimo.

Plasma em combustão

Tudo começa com um "plasma em combustão", um estado no qual a fonte dominante de aquecimento do combustível é o autoaquecimento devido às reações de fusão, em vez do aquecimento externo pelos pulsos de laser - dominante, mas não única, ou seja, os lasers continuam fornecendo um parcela da energia.

No entanto, para que o "fogo" comece a se espalhar pelo combustível, ele deve se sustentar sem mais entrada de energia. Para atingir essa condição, a reação deve produzir mais energia localmente do que perde para o meio ambiente. O excesso de energia pode então aquecer outras partes do combustível até o ponto em que elas também começam a se fundir.

O que os artigos científicos publicados agora relatam é a produção de um plasma no qual o autoaquecimento supera localmente não apenas o aquecimento externo, mas também todos os mecanismos de perda, cumprindo o chamado critério de Lawson para a ignição por fusão - mas ainda sem uma fusão sustentada.

Esta é a cápsula real de combustível (esquerda) e um esquema do que acontece com ela (direita) quando os lasers são disparados.
[Imagem: NIF/LLNL]

Rumo à fusão - em números

A condição necessária para atingir o ponto alcançado agora por este reator de fusão foi formulada em 1955 pelo engenheiro e físico John Lawson: Uma reação de fusão só pode ocorrer em um plasma (um gás ionizado quente) a temperaturas superiores a 100 milhões de graus (ou, expresso em elétron-volts, 10⁴ eV).

O desafio é manter um gás tão quente confinado por um tempo suficientemente longo para que a taxa de produção de energia por fusão exceda a taxa de perda de energia para o ambiente.

Para um plasma de queima contínua, o critério de Lawson afirma que a ignição ocorre quando o produto da densidade do plasma, n, e o tempo de confinamento, 𝜏, é maior que um determinado limite. Para o caso de um combustível deutério-trítio, como o usado pelo NIF, n . 𝜏 deve exceder 10²¹eV . s . m³ em mais de 100 milhões de graus.

Esse critério é mais frequentemente formulado em termos de um produto triplo de n . T . 𝜏, onde T é a temperatura. Para o mesmo tipo de plasma, n . T . 𝜏 deve exceder 10²⁵eV . s . m³. Este é limite que foi alcançado pelo NIF.

Então, o que ainda falta para que as usinas baseadas em fusão se tornem realidade? O próximo passo em direção a esse objetivo será demonstrar um esquema de fusão que produza tanta energia quanto a contida nos pulsos de laser que induzem a reação. Em outras palavras, o experimento deve ter um ganho líquido, um G = 1 - o NIF alcançou G = 0,72.

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