Hohlraum Ciência

Cientistas se aproximam da fusão nuclear, o combustível estelar


Pesquisadores conseguiram extrair mais energia de uma reação de fusão nuclear controlada do que empregaram para provocar a própria reação. O feito inédito é um marco simbólico na busca pela fruição desta fonte de energia — a mesma que alimenta as estrelas —, e foi possível devido ao uso do mais poderoso feixe de raios laser do mundo, instalado na National Ignition Facility (NIF), parte do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, na Califórnia. O trabalho representa um importante passo em direção à “ignição”, nível mínimo de energia acima do qual um reator de fusão pode produzir mais energia do que consome, de maneira auto-sustentada.

A fusão nuclear, processo que fornece energia às estrelas e bombas termonucleares, gera energia a partir da junção de núcleos leves, como os dos átomos de hidrogênio. Em tal reação, uma pequena fração das massas dos núcleos de hidrogênio é convertida em energia. Seu oposto, a fissão nuclear, extrai a energia liberada durante a quebra de núcleos atômicos muito pesados, tais como os de urânio.

É preciso que muita energia incida inicialmente sobre o combustível para que os núcleos ali presentes superem a repulsão elétrica natural que os afasta. Portanto, o NIF aponta 192 emissores de laser de alta potência na direção de um recipiente de ouro chamado hohlraum (visto na imagem de destaque e na fotografia abaixo). Dentro do hohlraum, existe ainda outra cápsula, desta vez plástica, que armazena 0,17 miligramas de combustível de deutério e trítio, dois isótopos (átomos de um mesmo elemento químico que se diferenciam quanto ao número de nêutrons nos seus núcleos) do hidrogênio.

Hohlraum sendo posicionado para a ativação dos raios laser.

 

Hohlraum sendo posicionado para a ativação dos raios laser.

 

 

A energia do laser é absorvida pelo hohlraum, que a converte em raios-X e a emite novamente. Parte desta energia é absorvida pela cápsula interna, que explode, dando origem a uma implosão do combustível, fator que, por sua vez, cria uma densidade elevada o bastante para desencadear a fusão. No entanto, a maior parte da energia emitida pelos lasers permanece no hohlraum, razão pela qual a obtenção de um ganho líquido de energia (mais energia sair do que entrar no sistema) no combustível é apenas um dos degraus que levam à ignição.

Os resultados da equipe do NIF, publicados na edição online da Nature, dizem respeito a experimentos conduzidos entre setembro de 2013 e janeiro de 2014. O sucesso da ação dos pesquisadores se baseou na programação dos raios laser, que lhes permitiu incidir mais energia sobre o sistema logo no começo. Esta técnica faz com que a temperatura inicial no hohlraum seja relativamente mais alta, “afofando” a cobertura plástica da cápsula de combustível e deixando-a menos suscetível a uma instabilidade que pode interromper a fusão. Segundo o físico do Livermore e cientista líder da equipe Omar Hurricane, “[e]ste afofamento desacelera muito o crescimento da instabilidade”.

Nos testes, a razão entre a energia liberada pelo combustível e a absorvida por ele, o “ganho de energia do combustível”, ficou entre 1,2 e 1,9. Cabe salientar que boa parte da energia liberada foi produzida pelo auto-aquecimento do combustível através da radiação emitida nas reações de fusão, um dos sustentáculos do próprio processo de fusão.

Um futuro energético baseado no aproveitamento da fusão nuclear permanece distante, e Hurricane concorda que ainda não podemos projetar datas. “Nosso ganho total — a energia que saiu da fusão dividida pela energia que entrou pelos lasers — é de apenas cerca de 1%”, estima.

As imagens utilizadas neste artigo são propriedade do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL).

Fontes: Nature, Science

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