Uma fonte de energia limpa e inesgotável, capaz de satisfazer todas as necessidades de consumo da humanidade, parece algo bom demais para ser verdade. E por enquanto ainda é.
Mesmo com as energias renováveis a crescer e a tornarem-se mais populares por todo o mundo, também as necessidades de consumo se vão expandindo e é constantemente necessário procurar fontes de energia mais eficientes. Criar um sol em miniatura pode ser a solução… ou pode rebentar com isto tudo. Brevemente saberemos, hehehe.
Físicos de todo o mundo têm competido para construir uma máquina de fusão nuclear que possa replicar o processo de fusão do átomo, processo que tem alimentado o nosso Sol durante os últimos 4,5 mil milhões de anos, numa tentativa de fornecer para a humanidade uma energia limpa, segura e praticamente ilimitada.
Agora, segundo a Science Alert, o governo dos Estados Unidos acaba de apoiar planos para uma equipa de físicos construir um novo tipo de dispositivo de fusão nuclear – que poderia ser o projecto mais viável e eficiente para o conseguir.
A fissão nuclear – que é o processo que as centrais nucleares actuais realizam – gera energia através da divisão do núcleo de um átomo em neutrões e núcleos mais pequenos.
Apesar de este processo ser bastante eficiente – a quantidade de energia que ele liberta é milhões de vezes mais eficiente por unidade de massa do que os processos baseados no carvão – exige uma gestão extremamente dispendiosa de resíduos radioactivos perigosos.
A fusão nuclear, por outro lado, não produz resíduos radioactivos ou outros subprodutos indesejados; gera enormes quantidades de energia quando os núcleos de dois ou mais átomos leves são fundidos num núcleo mais pesado, a temperaturas incrivelmente altas.
Este processo é tão eficiente que tem alimentado o nosso Sol durante os últimos 4,5 mil milhões de anos.
Se pudermos essencialmente “miniaturizar” este processo, e construir máquinas que possam sustentar a fusão nuclear a uma escala menor, a humanidade garantiria as suas necessidades de energia durante o resto do tempo que existirmos.
Mas os físicos têm tentado construir dispositivos de fusão nuclear comercialmente viáveis há mais de 60 anos, e, como era de se esperar, a tentativa de colocar uma “estrela num frasco” é tão difícil quanto parece.
Uma estrela no frasco
O maior desafio que se coloca é que as máquinas de fusão nuclear requerem temperaturas muito mais elevadas do que as instalações de fissão.
Enquanto a fissão nuclear requer que as coisas sejam aquecidas a apenas algumas centenas de graus Celsius, as máquinas de fusão nuclear tem que recriar as condições no Sol.
Estamos a falar de vários milhões de graus.
E uma vez que as máquinas de fusão nuclear começam basicamente as suas reacções a partir do zero, é necessário conseguir primeiro temperaturas muito mais quentes do que as estimadas no centro do Sol – pelo menos 100 milhões de graus Celsius.
Até agora, o mais próximo que alguém chegou do sonho da energia ilimitada foi uma equipa de físicos do Wendelstein 7-X stellarator, em Greifswald, na Alemanha, e os investigadores do EAST, o Experimental Advanced Superconducting Tokamak, na China.
Ambas as equipas estão a tentar conter o plasma superaquecido que resulta da reacção de fusão.
“Durante o processo de fusão nuclear, os electrões dos átomos são separados dos seus núcleos, criando assim uma nuvem super quente de electrões e iões, conhecida como plasma”, explica o físico Daniel Oberhaus ao Motherboard.
“O problema com este plasma rico em energia é descobrir como o conter, uma vez que ele existe a temperaturas extremamente altas (até 150 milhões de graus Celsius, ou 10 vezes a temperatura no núcleo do Sol”, diz Oberhaus.
“Qualquer material que possamos encontrar na Terra não vai ser um recipiente suficientemente bom”, acrescenta.
Um enorme avanço
Para se ter uma ideia de como isso é difícil, no início deste ano, a máquina de fusão nuclear alemã conseguiu aquecer o gás de hidrogénio até 80 milhões de graus Celsius e sustentar uma nuvem de plasma de hidrogénio – durante um quarto de segundo.
Pode parecer muito pouco, mas a proeza foi saudada pela comunidade científica como um enorme avanço.
Os responsáveis pela experiência chinesa anunciaram em fevereiro que tinham batido esta marca e produzido plasma de hidrogénio a 49.999 milhões de graus Celsius, contendo-o durante 102 segundos.
Até agora, nenhuma máquina foi capaz de provar que poderia produzir uma quantidade sustentada de energia através da fusão nuclear – apenas que poderia deixar os materiais quentes o suficiente para iniciar o processo.
Mas agora, físicos do PPPL, o Princeton Plasma Physics Laboratory do oDepartamento de Energia dos EUA, acreditam ter encontrado uma forma de o conseguir.
Se a máquina de fusão nuclear é basicamente algo como tentar colocar uma estrela em um frasco, então a equipe do PPPL propõe-se redesenhar o frasco, utilizando materiais melhores e de uma forma mais intuitiva.
Novo formato
Enquanto as máquinas de fusão nuclear tradicionais, chamadas tokamaks, usam campos magnéticos para conter plasma superaquecido num dispositivo em forma de anel, os físicos norte-americanos querem construir mais tokamaks esféricos compactos, numa forma mais parecida com uma maçã sem sementes.
Segundo a equipa, o desenho esférico do seu tokamak pode reduzir para metade o tamanho do furo do formato de anel, permitindo que o plasma seja controlado com campos magnéticos com muito menor energia.
O orifício menor também poderia permitir a produção de trítio – um isótopo raro de hidrogénio – que pode fundir-se com outro isótopo de hidrogénio, o deutério, para produzir reacções de fusão.
A equipa quer também substituir os enormes ímanes de cobre dos tokamaks tradicionais por ímanes supercondutores de alta temperatura – que são muito mais eficientes, porque a electricidade pode fluir através deles com resistência zero.
Felizmente, a equipa não terá que começar o projecto do zero, pois irá poder basear o seu trabalho em dois tokamaks esféricos existentes.
O primeiro, o MAST – Mega Ampere Spherical Tokamak, no Reino Unido, está em fase final de construção, e segundo, o NSTX-U, National Spherical Torus Experiment Upgrade, do próprio PPPL, foi lançado o ano passado.
“Estamos a abrir novas opções para o futuro”, diz Jonathan Menard, um dos investigadores por trás do estudo e director do programa NSTX-U.
“Estas instalações vão empurrar as fronteiras da física, vão expandir o nosso conhecimento de plasmas de alta temperatura, e, se bem sucedidas, estabelecer a base científica para os caminhos de desenvolvimento da fusão com base em designs mais compactos”, acrescenta por sua vez o diretor do PPPL, Stewart Prager.
Fonte: ZAP / HypeScience
