Pela primeira vez, uma reacção de fusão nuclear produziu mais energia do que a que gastou
Equipa norte-americana pôs a humanidade mais perto de conseguir imitar o que se passa no interior das estrelas. Esta experiência é explicada na revista Nature.
É nas estrelas que se dá naturalmente a fusão nuclear, quando pressões gigantes, temperaturas altíssimas e uma grande densidade de matéria obrigam a que dois protões – os núcleos dos átomos de hidrogénio – se fundam. O resultado desta fusão gera uma cadeia de reacções que acaba por produzir hélio, positrões (os anti-electrões) e neutrinos, além de energia. Há assim uma ignição, uma reacção inicial que produz energia e auto-alimenta a fusão nuclear naqueles astros. A natureza pôs assim as estrelas a brilhar.
Na Terra, optou-se por utilizar compostos diferentes dos que os que existem no Sol para atingir reacções semelhantes – seria necessário esperar muito tempo para se observar a colisão de dois núcleos de hidrogénio. Os cientistas usam antes deutério e trítio: dois isótopos (formas) do hidrogénio (têm, respectivamente, mais um e dois neutrões do que o hidrogénio). O deutério encontra-se no mar e o trítio, apesar de ser naturalmente muito raro, pode ser produzido. Desta forma, produzem um átomo de hélio, um neutrão (elemento sem carga do núcleo dos átomos) e libertam energia. Mas esta não é uma reacção fácil de se obter.
A equipa autora do novo estudo, liderada pelo físico Omar Hurricane, do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, nos EUA, provocou a reacção de fusão nuclear num dispositivo chamado hohlraum, palavra alemã que significa cavidade. As experiências foram feitas na National Ignition Facility, na Califórnia, instalações militares ligadas também ao estudo da energia nuclear.Ali, os norte-americanos construíram um enorme laboratório com o tamanho de “dois a três estádios de futebol”, explica ao PÚBLICO Luís Oliveira e Silva, físico catedrático do Instituto Superior Técnico, em Lisboa. Nestas instalações foram construídos 192 feixes de laser que incidem, através de espelhos, numa câmara em vácuo de 10 a 15 metros de diâmetro.No meio da câmara está o hohlraum, um cilindro de poucos centímetros de altura onde tudo se passa. Os feixes de laser, verdes, entram pela parte inferior e superior do cilindro. Lá dentro, há uma esfera de poucos milímetros de diâmetro com uma cobertura externa de plástico. No interior da esfera está o plasma (um estado da matéria) com deutério e trítio. Os lasers não se dirigem directamente à esfera, batem contra a parede interior do hohlraum, feita de ouro. O ouro aquece e cria feixes de raios X, que por sua vez atingem a cobertura de plástico da esfera. Esta dilata-se, comprimindo no seu interior o plasma. Tudo acontece em nanossegundos. Este método chama-se fusão nuclear por confinamento inercial.Durante três a quatro anos, a equipa, por precaução, usou feixes de laser inicialmente fracos, que iam aumentando de energia. O resultado causava um distúrbio na esfera e impedia um bom rendimento da fusão nuclear. Mas, nos últimos meses de 2013, os cientistas resolveram fazer incidir no hohlraum um feixe logo mais forte no início e conseguiram assim medir mais energia libertada através da fusão (16 quilojoules) do que a energia que atingia a esfera. Mas ainda se está muito longe da energia que começa por ser disparada pelos 192 lasers (dois megajoules).“Pela primeira vez, conseguiu-se mais energia a partir deste combustível do que a que foi colocada no combustível”, disse Omar Hurricane, citado pela Reuters. “E isso é bastante único. É um ponto de viragem.”
Há um impacto político
Ainda não foi atingida a ignição que se observa nas estrelas, apenas parte dos átomos se fundiram. Mas, quando se deu a fusão, mediu-se uma subida de temperatura que se coaduna com os modelos que antecipam a ignição. “A descoberta dá, de facto, um caminho possível para a fusão por confinamento inercial”, comenta Luís Oliveira e Silva. Mas há ainda um longo caminho pela frente. Os autores do artigo falam de décadas até se produzir energia a partir deste método.Do lado de cá do Atlântico, em França, o Reactor Experimental Termonuclear Internacional (ITER, na sigla em inglês), um projecto que envolve a União Europeia, a Rússia, os Estados Unidos, o Japão, a Coreia do Sul, a China ou a Índia, está a trabalhar no mesmo. Mas baseia-se no confinamento magnético, em que as condições de pressão e temperatura do plasma são criadas não por inércia, mas com magnetos gigantes em forma de anel, o tokamak.As instalações no Sul de França só estarão prontas por volta de 2020. Com o confinamento magnético nunca se conseguiu o rendimento atingido agora na Califórnia. Mas os estudos garantem que, no ITER, se atingirá a ignição do plasma, diz o cientista português. E a nova descoberta é importante para toda a área. “Tem um impacto político porque mostra que a fusão nuclear, numa das suas vertentes, é possível”, sublinha Luís Oliveira e Silva, referindo que o fim dos combustíveis fósseis, nas próximas décadas, vai obrigar a humanidade a ter uma alternativa energética. “A pressão do ponto de vista energético é tão grande que não faz sentido não explorar as diferentes possibilidades.”
Notícia corrigida a 24 de Fevereiro:
A fusão nuclear nas estrelas foi erradamente descrita como um núcleo de dois átomos de hidrogénio que se fundem para produzir um átomo de hélio e um neutrão.
