Pesquisadores atingiram fusão nuclear em um dispositivo pequeno o suficiente para se ter em casa

Cientistas da Universidade de Washington (EUA) conseguiram demonstrar fusão nuclear em um dispositivo do tamanho de uma mesa.

Embora ainda tenha um longo caminho a percorrer, devido ao seu potencial custo e versatilidade, a tecnologia merece mais estudos e investimento.

Fusão nuclear: em que patamar estamos?

A fusão nuclear acontece quando dois ou mais núcleos de um elemento se fundem e formam outro elemento, liberando energia. Esse processo acontece no interior das estrelas, como nosso sol, quando quatro núcleos de hidrogênio se fundem para formar um átomo de hélio.

Estabilizar o processo é complicado, no entanto, principalmente pela dificuldade em controlar o plasma superquente que mantém a reação acontecendo.

No laboratório, os cientistas usam campos magnéticos intensos para essa tarefa. Reatores chamados de “tokamaks”, como o da China, agitam seu plasma insanamente quente de tal forma que geram seus próprios campos magnéticos internos, ajudando a conter o fluxo. Esta abordagem permite que o plasma aqueça o suficiente para liberar uma quantidade crítica de energia. Mas o que ganha na geração de calor perde na estabilidade a longo prazo.

Já outro tipo de dispositivo, como o “stellerator” alemão chamado de Wendelstein 7-X, depende de campos magnéticos aplicados externamente. Enquanto isso contribui para um melhor controle sobre o plasma, também torna mais difícil alcançar as temperaturas necessárias para a fusão ocorrer.

Ambas essas tecnologias estão fazendo progressos sérios em direção ao poder de fusão. Mas os dispositivos são muito grandes e cercados por complexos eletrônicos delicados, o que torna improvável que os veremos encolher para uma versão doméstica ou móvel em breve.

Z-pinch

Os pesquisadores do novo estudo trabalharam em cima de uma forma inicial de confinamento de plasma chamada de Z-pinch.

Nos primeiros dias da pesquisa de fusão, esse método um pouco mais simples era usado para “pinçar” um jato de plasma através de um campo magnético. O dispositivo usa a orientação específica do campo magnético interno de um plasma para aplicar o que é conhecido como força de Lorentz ao fluxo de partículas, forçando-as a se unirem.

De certa forma, o dispositivo não é diferente de uma versão em miniatura de um tokamak. Como tal, sofre de problemas de estabilidade semelhantes que podem fazer com que o seu plasma colida nos lados do seu recipiente.

Os cientistas resolveram retornar a essa tecnologia para encontrar uma maneira de gerar energia sem a necessidade das máquinas e ímãs complicados ao redor do dispositivo.

Alternativa

A abordagem alternativa criada pela equipe de Washington para estabilizar o plasma em um Z-pinch não apenas funcionou, como foi eficientemente usada para gerar fusão.

Para evitar as distorções no plasma que fazem com que ele escape dos limites de sua gaiola magnética, a equipe gerenciou o fluxo das partículas no plasma aplicando dinâmica dos fluidos. Em específico, algo chamado fluxo axial de cisalhamento.

Os físicos contaram com simulações de computador para mostrar que o conceito era possível. Usando uma mistura de 20% de deutério e 80% de hidrogênio, a equipe conseguiu manter estável uma coluna de plasma de 50 centímetros de comprimento por tempo o suficiente para alcançar a fusão, evidenciada por uma emissão de nêutrons.

Estamos falando apenas de 5 microssegundos de nêutrons, então não arrume espaço no seu porão para o seu Z-Pinch versão caseira ainda.

Mas a estabilidade foi 5.000 vezes maior do que os cientistas esperariam sem que seu método fosse utilizado, o que demonstra que o princípio está pronto para um estudo mais aprofundado.

Santo Graal

Gerar energia de fusão limpa e abundante é um sonho da ciência.

Essa nova abordagem para uma forma menos complexa da tecnologia de plasma poderia ajudar a remover pelo menos alguns dos obstáculos, e até se provar uma fonte mais barata e mais compacta de energia.

Um artigo sobre a pesquisa foi publicado na revista científica Physical Review Letters.

Fonte: Hypescience

Cristiane Tavolaro

Sou física, professora e pesquisadora do departamento de física da PUC-SP. Trabalho com Ensino de Física, atuando principalmente em ensino de física moderna, ótica física, acústica e novas tecnologias para o ensino de física. Sou membro fundadora do GoPEF - Grupo de Pesquisa em Ensino de Física da PUC-SP e co-autora do livro paradidático Física Moderna Experimental, editado pela Manole.

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