O Sol, no centro do nosso Sistema Solar, é uma excelente demonstração da fusão nuclear: temperaturas e pressões extremamente elevadas fazem com que núcleos de hidrogénio se fundam em núcleos de hélio, libertando uma enorme quantidade de energia nesse processo.
Se conseguirmos reproduzir as mesmas reações na Terra, a fusão nuclear poderá revolucionar a produção de energia abundante e sem emissões de carbono. Mas recriar uma estrela num laboratório científico está a revelar-se tão difícil como seria de esperar.
Um atalho para a ignição da fusão nuclear
Investigadores da Universidade de Princeton publicaram agora um estudo na Physical Review Letters que descreve uma possível forma de chegar mais depressa à fusão nuclear. O trabalho apresenta aquilo que é, na prática, um atalho para a chamada ignição, fase em que o plasma consegue manter o calor necessário através das suas próprias reações de fusão.
Para quem não é físico, os investigadores oferecem uma analogia: se a ignição for um vale situado atrás de uma cordilheira, a nova proposta consiste em contornar as montanhas, em vez de tentar passar por cima delas.
«Muitas empresas querem subir a montanha de frente e gastar enormes quantidades de energia para lá chegar», afirma o físico Luis Delgado-Aparicio.
«Em vez disso, contornem o pico. Chegam ao mesmo lugar de uma forma muito mais inteligente e gastam muito menos energia.»
Uma análise mais completa do reator
O estudo parte de uma extensão do critério de Lawson. Desenvolvido na década de 1950, este critério estabelece o enquadramento e as regras que um reator tem de cumprir para alcançar a ignição.
Os investigadores acrescentaram agora quatro outros fatores aos cálculos: o combustível gasto sob a forma de cinzas de hélio, as impurezas no plasma provenientes das paredes do reator, as perdas de energia por radiação, conhecidas como radiação de sincrotrão, e o calor que sai do plasma.
Os efeitos destes fatores na ignição já tinham sido estudados, mas nunca em conjunto. O objetivo era obter uma perspetiva mais realista e rigorosa da forma como um reator deve ser configurado.
«Quando se deixam estes efeitos de fora, diz-se que o projeto vai funcionar bem», afirma Masayuki Ono. «Quando são incluídos, o cenário muda, e isso torna-se bastante importante.»
O percurso de menor energia para a ignição
A equipa procurava aquilo a que os matemáticos chamam o ponto de sela de Cordey: o caminho para a ignição - o vale para lá das montanhas - que exige menos energia. Os cálculos indicaram que a melhor opção é aquecer primeiro o plasma e aumentar depois a sua densidade, em vez de fazer o contrário.
Entre os restantes resultados dos modelos, havia indicações de que mesmo uma quantidade muito pequena de tungsténio pode fazer falhar a fusão nuclear. Como este metal resiste muito bem ao calor e está previsto para as paredes de vários reatores planeados, será necessário proteger eficazmente o plasma do seu contacto.
A equipa identificou também alguns «travões» naturais da fusão nuclear. Os modelos mostraram que a radiação e a fuga de calor podem manter estáveis as reações no plasma, embora também tornem a ignição inicial mais difícil.
«À medida que a investigação em fusão avança das experiências com plasma em combustão para a produção de energia à escala de um reator, o presente enquadramento fornece uma base oportuna para avaliar a acessibilidade da ignição, a estabilidade e o desempenho em dispositivos da próxima geração», escrevem os investigadores no artigo publicado.
O estudo não incluiu testes ou experiências reais. Ainda assim, numa altura em que estão a ser propostos e concebidos vários reatores de fusão nuclear, as conclusões deverão aumentar as hipóteses de sucesso destas centrais e poderão poupar muito tempo e dinheiro no seu desenvolvimento.
Os especialistas estão divididos quanto ao tempo necessário para pôr reatores de fusão nuclear a funcionar - e até quanto à possibilidade de alguma vez se atingir esse objetivo. A investigação mostra, contudo, um percurso viável até lá. A par de outros avanços recentes, significa que estamos mais perto do que nunca da fusão nuclear.
«Embora seja necessária mais investigação, estes resultados entusiasmam-nos e sugerem um caminho claro para a investigação futura nesta área», afirma o físico Jonathan Menard.
A investigação foi publicada na Physical Review Letters.
Este artigo foi verificado e editado por Fiona MacDonald. Embora nos orgulhemos do nosso processo, também somos humanos. Se detetar algum erro, informe-nos.
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