Relatórios recentes de cientistas que estudam um novo tipo de tecnologia de fusão são encorajadores, mas ainda estamos a alguma distância do 'Santo Graal da energia limpa'.
A tecnologia, desenvolvida por Heinrich Hora e seus colegas da Universidade de New South Wales, usa lasers poderosos para fundir átomos de hidrogênio e boro, liberando partículas de alta energia que podem ser usadas para gerar eletricidade.
No entanto, como com outros tipos de tecnologia de fusão, o desafio está em criar uma máquina que possa iniciar uma reação de forma confiável e usar a energia que produz.
O que é energia de fusão?
A fusão é o processo que alimenta o sol e as estrelas. Isso acontece quando os núcleos de dois átomos estão tão próximos um do outro que se combinam em um, liberando energia no processo.
Se a reação puder ser replicada em laboratório, ela pode fornecer energia de carga de base virtualmente ilimitada com pegada de carbono praticamente zero.
A reação mais simples que pode ser iniciada em um laboratório é a fusão de dois isótopos diferentes de hidrogênio: deutério e trítio. O produto da reação é um íon de hélio e um nêutron que se move rapidamente. A maioria dos estudos de síntese até hoje buscou essa reação.
A fusão de deutério-trítio funciona melhor em torno de 100.000.000 ℃. O confinamento de plasma é o nome dado ao estado da matéria semelhante a uma chama nessas temperaturas.
A principal abordagem para o uso de forças de fusão é chamada de confinamento magnético toroidal. Bobinas supercondutoras são usadas para criar um campo cerca de um milhão de vezes mais forte do que o campo magnético da Terra para conter o plasma.
Cientistas já alcançaram a fusão de deutério-trítio em experimentos nos EUA (reator de teste para fusão em Tokamak) e no Reino Unido (United European Torus). De fato, este ano um experimento britânico fará uma campanha de fusão de deutério-trítio.
Esses experimentos iniciam uma reação de fusão usando aquecimento externo maciço, e é preciso mais energia para sustentar a reação do que a própria reação produz.
A próxima fase da pesquisa de fusão principal incluirá um experimento chamado ITER (latim para 'caminho') a ser construído no sul da França. No ITER, os íons de hélio limitados produzidos pela reação produzirão tanta energia quanto as fontes externas. Como um nêutron rápido carrega quatro vezes mais energia do que um íon de hélio, a potência aumentará cinco vezes.
Qual é a diferença entre o uso de hidrogênio e boro?
A tecnologia, relatada por Hora e seus colegas, envolve o uso de um laser para criar um campo magnético confinante muito forte e um segundo laser para aquecer o pellet de hidrogênio para atingir o ponto de fulgor.
Quando um núcleo de hidrogênio (um próton) se funde com um núcleo de boro-11, três núcleos de energia de hélio são formados. Em comparação com a reação deutério-trítio, a vantagem é que não há nêutrons difíceis de conter.
A solução de Hora é usar um laser para aquecer um pequeno pellet de combustível até sua temperatura de ignição e outro laser para aquecer as bobinas de metal para criar um campo magnético que conterá o plasma.
A tecnologia usa pulsos de laser muito curtos, com apenas nanossegundos de duração. O campo magnético necessário seria extremamente forte, cerca de 1000 vezes mais forte do que o campo usado em experimentos com deutério e trítio.
Hora e seus colegas argumentam que seu processo criará um 'efeito avalanche' na pelota de combustível, o que significa que ocorrerá muito mais fusão do que seria de se esperar.
Embora haja evidências experimentais para apoiar um ligeiro aumento na taxa de reação de fusão adaptando o feixe de laser e o alvo, para comparação com as reações de deutério-trítio, o efeito de avalanche teria que aumentar a taxa de reação de fusão em mais de 100.000 vezes a 100.000.000 ℃.
Os experimentos com hidrogênio e boro certamente produziram resultados físicos emocionantes, mas as previsões de Hora e colegas sobre um caminho de cinco anos para a realização da energia termonuclear parecem prematuras. Outros cientistas já tentaram lançar a fusão a laser. Por exemplo, eles tentaram obter a ignição da fusão de hidrogênio-deutério usando 192 feixes de laser focados em um pequeno alvo.
Esses experimentos alcançaram um terço das condições exigidas para um experimento. Os problemas incluem o posicionamento preciso do alvo, irregularidades do feixe de laser e instabilidade causada por explosões.
O desenvolvimento da energia termonuclear será provavelmente implementado pelo principal programa internacional, que se baseia na experiência ITER. A Austrália tem cooperação internacional com o projeto ITER nas áreas de teoria e modelagem, ciência de materiais e tecnologia.
Matthew Hole, pesquisador sênior do Instituto de Ciências Matemáticas da Australian National University.
Este artigo foi publicado pela The Conversation.
Fontes: Foto: CCFE / JET
