Fusão nuclear pode transformar mercúrio em ouro?

O sonho dos alquimistas era transformar metais comuns em ouro. Mas será realmente possível?

A física necessária para explicar a conversão de um elemento noutro é bem conhecida e tem sido aplicada há décadas em aceleradores e colisores, onde partículas subatómicas são lançadas umas contra as outras.

O exemplo contemporâneo mais conhecido é o Grande Colisionador de Hadrões do CERN, em Genebra. Contudo, produzir ouro desta forma implica custos enormes e resulta em quantidades ínfimas.

Por exemplo, a experiência ALICE do CERN calculou ter gerado apenas 29 picogramas de ouro ao longo de quatro anos de funcionamento. A este ritmo, seriam necessárias centenas de vezes a idade do universo para produzir uma onça troy de ouro.

Produzir ouro com fusão nuclear

A empresa em fase inicial californiana Marathon Fusion propôs uma abordagem bastante diferente: aproveitar a radioatividade das partículas de neutrões num reator de fusão nuclear para converter uma forma de mercúrio noutra, denominada mercúrio-197.

Este isótopo decai depois numa forma estável de ouro: o ouro-197. Neste processo de decaimento de partículas, uma partícula subatómica transforma-se espontaneamente em duas ou mais partículas mais leves.

A equipa da Marathon Fusion estima que uma central de energia de fusão poderia produzir várias toneladas de ouro por gigawatt de potência térmica num único ano de operação.

O bombardeamento do isótopo mercúrio-198 com neutrões origina o isótopo radioativo mercúrio-197, que posteriormente decai no único isótopo estável de ouro.

O elemento essencial é dispor de neutrões com energia suficiente para desencadear a sequência de decaimento do mercúrio. Se for possível fazê-lo funcionar, trata-se de uma ideia interessante. Mas saber se poderá gerar lucros substanciais é uma questão diferente.

Para tal, é necessário um fluxo elevado de neutrões - uma medida da intensidade da radiação de neutrões. Este pode ser produzido com a mistura de combustível habitual dos reatores de fusão, deutério e trítio, ambos formas de hidrogénio, para gerar energia no plasma de um reator de fusão.

Os neutrões atravessam facilmente os materiais e dispersam-se ao embater nos núcleos, ou centros, dos átomos, perdendo velocidade nesse processo. Para transformar mercúrio-198 em ouro, são necessários neutrões com energias superiores a 6 milhões de eletrões-volt.

O modelo digital da Marathon Fusion

Para chegar às suas estimativas, a Marathon Fusion recorreu ao “gémeo digital” de um reator de fusão: um modelo informático que simula a física da reação de fusão e os processos radioativos daí resultantes. Uma limitação deste tipo de trabalho é que o gémeo digital tem de ser validado com um reator comercial de fusão real - e atualmente não existe nenhum.

Há muitos obstáculos a ultrapassar antes de os cientistas conseguirem concretizar um reator de fusão comercial. Entre eles estão a criação de novos materiais para a sua construção e a compreensão da ciência necessária tanto para operar o sistema e extrair energia de forma contínua como para desenvolver sistemas de IA capazes de ajudar a manter a reação de fusão do plasma.

Mesmo algumas das experiências de fusão mais avançadas, como o projeto JET (Torus Europeu Conjunto), sediado no Reino Unido, apenas conseguiram gerar quantidades relativamente pequenas de energia.

Ainda assim, investigadores do Reino Unido criaram uma nova forma de reduzir as dimensões dos reatores de fusão, alterando o controlo do plasma de escape. Um protótipo deste novo conceito de reator de fusão, chamado Tokamak Esférico para Produção de Energia (Step), tem como objetivo estar pronto em 2040.

Resíduos radioativos

Em teoria, é possível produzir ouro a partir de mercúrio num reator de fusão. No entanto, enquanto não forem concretizados reatores de fusão comerciais, as premissas usadas pela Marathon Fusion nos estudos com o seu gémeo digital continuarão por testar.

Além disso, qualquer ouro produzido num reator de fusão seria inicialmente radioativo. Por isso, seria classificado como resíduo radioativo e teria de ser gerido durante bastante tempo após a produção.

Como os físicos nucleares e de partículas bem sabem, ao criar um gémeo digital de uma experiência é muito fácil esquecer efeitos físicos importantes e pormenores críticos.

Embora o tratamento desses resíduos para obter formas utilizáveis de ouro puro represente outro desafio a resolver, isso não irá necessariamente afastar investidores de longo prazo.

Por enquanto, esta continua a ser uma proposta apelativa no papel, mas ainda estamos longe de dar início a um novo tipo de corrida ao ouro na Califórnia.

Adrian Bevan, Professor de Física, Escola de Ciências Físicas e Químicas, Universidade Queen Mary de Londres

Este artigo é republicado de The Conversation ao abrigo de uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.