Pela primeira vez, pesquisadores criaram uma reação de fusão que resultou em um ganho de energia líquido. Os resultados, do Laboratório Nacional Lawrence Livermore na Califórnia, marcam um passo significativo na estrada muito longa para gerar energia limpa da fusão nuclear.
“Na última semana, lo e eis que, de fato, eles atiraram um monte de lasers em uma pelota de combustível, e mais energia foi liberada dessa ignição de fusão do que a energia dos lasers entrando”, disse o diretor da White House Office of Science and Technology, Arati Prabhakar, em uma conferência de imprensa, anunciando a conquista em Washington, DC, hoje. “Eu só acho que este é um exemplo tremendo do que a perseverança realmente pode alcançar. ”
“Um tremendo exemplo do que a perseverança realmente pode alcançar”
A fusão nuclear acontece quando os átomos se chocam, “fusando” para criar um átomo mais pesado e liberando energia no processo. No sol e em outras estrelas, os núcleos de hidrogênio fundem-se, criando hélio e gerando enormes quantidades de energia. Para alcançar a fusão nuclear na Terra, os seres humanos têm de aquecer átomos a temperaturas tremendas — milhões de graus Celsius, e é por isso que tem sido tão assustador para alcançar um ganho de energia líquido.
Neste caso, em 1:03AM hora local em 5 de dezembro, o laboratório nacional usou 192 poderosos feixes laser para atingir um alvo sólido de isótopos de hidrogênio que é apenas sobre o tamanho de uma pimentão. O alvo é fechado em uma concha de diamante meticulosamente trabalhada.
“As conchas de hoje são quase perfeitamente redondas. Eles são 100 vezes mais suaves do que um espelho, e eles têm um pequeno tubo anexado a eles que é cerca de 50o o diâmetro de um cabelo através do qual o combustível é preenchido no shell,” disse Michael Stadermann, gerente do programa de fabricação alvo no Lawrence Livermore National Laboratory. “Como você pode imaginar, a perfeição é realmente difícil, e por isso ainda temos de chegar lá – ainda temos pequenas falhas em nossas conchas, menores do que bactérias. ”
O experimento produziu 3,15 megajoules de energia, cerca de 50 por cento mais do que o 2.05 megajoules os lasers usados para desencadear a reação. Ao fazê-lo, atingindo um breakeven de energia científica, os pesquisadores alcançaram o que é chamado de “ignição de fusão. ”
A fusão nuclear pode ser revolucionária, dando às pessoas uma fonte de energia abundante sem os efeitos colaterais desagradáveis das emissões de gases de efeito estufa ou resíduos radioactivos de longa duração. Fazer isso, no entanto, depende de superar enormes obstáculos de engenharia. Após décadas de experimentação, o anúncio de hoje representa uma pequena mas significativa vitória sobre um desses obstáculos. Mas ainda há um longo e longo caminho a percorrer antes que a fusão nuclear possa realizar quaisquer sonhos de energia limpa.
O governo dos EUA tem financiado a pesquisa de energia de fusão desde a década de 1950. Em todo o mundo, a busca ganhou dezenas de bilhões de dólares em financiamento. E no final do ano passado, cientistas com o Joint European Torus (JET) no Reino Unido geraram um recorde de 59 megajoules de energia da fusão nuclear. O grande problema é que até agora, a fusão nuclear em um laboratório não tinha sido capaz de gerar mais energia do que levou para fazer a reação acontecer em primeiro lugar.
É um marco fundamental, mas ainda existem algumas cavernas importantes para observar. Um ponto chave é que o DOE está baseando esta vitória na saída dos lasers, que são bastante ineficientes. Leva 300 megajoules de energia da rede apenas para obter esses dois megajoules de energia laser. Assim, o anúncio de hoje depende de uma definição limitada de “ganho de energia líquida. ”
Os lasers não são a única maneira de alcançar a fusão nuclear. Outros esforços, incluindo JET, envolvem um dispositivo magnético chamado Tokamak para confinar e aquecer o plasma. Seja qual for o método, provavelmente estamos décadas longe de gerar energia desta forma em uma usina. Vai levar muito mais dinheiro e ganhos incrementais para chegar lá, o anúncio de hoje é um deles.
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“Com investimento real e foco real, essa escala de tempo pode se aproximar”, disse Kim Budil, diretor do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, na conferência de imprensa. “Estamos em uma posição por muito tempo onde nunca se aproximou, certo? Porque precisávamos deste primeiro passo fundamental. Então estamos em uma grande posição hoje para começar a entender exatamente o que vai ser preciso para fazer esse próximo passo. ”
Para começar, os cientistas precisam ser capazes de alcançar a ignição novamente. “Esta é uma cápsula de ignição, uma vez. Para realizar energia de fusão comercial, você tem que fazer muitas coisas; você tem que ser capaz de produzir muitos, muitos eventos de ignição de fusão por minuto”, disse Budil. “Existem obstáculos muito significativos, não apenas na ciência, mas na tecnologia. ”
Um obstáculo é que os lasers usados em qualquer esforço futuro precisam ser muito mais eficientes. O sistema utilizado neste experimento, chamado de National Ignition Facility, é o maior e mais alto laser de energia do mundo – maior que três campos de futebol. Mas ainda é baseado na tecnologia de 1980. Lasers modernos são mais eficientes, e os esforços futuros provavelmente tentarão incorporar tecnologia mais recente em experimentos.
“Isso demonstra que pode ser feito. Esse limiar que está sendo cruzado permite que eles comecem a trabalhar em melhores lasers, lasers mais eficientes, em melhores cápsulas de contenção, etc,” disse Budil. “Precisamos do setor privado para entrar no jogo. É realmente importante que tenha havido esta quantidade incrível de dólares públicos dos EUA que entram nesta descoberta, mas todos os passos que vamos tomar que serão necessários para chegar a nível comercial ainda exigirão pesquisa pública e pesquisa privada. ”
