Criada uma vela de ignição para reatores de fusão nuclear

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/02/2024

Uma visão do interior da câmara-alvo Ômega durante um experimento de fusão inercial de acionamento direto.
[Imagem: Eugene Kowaluk/University of Rochester]

Vela de ignição para fusão nuclear

Uma espécie de "vela de ignição" para reatores de fusão nuclear promete acelerar o desenvolvimento dessa longamente buscada fonte de energia limpa, que tem potencial para mudar a matriz energética mundial.

Apesar de recordes na produção de energia por fusão nuclear obtidos nos últimos anos, ainda estamos longe da produção de energia líquida - nos reatores experimentais de hoje, é necessário injetar muito mais energia do que a que é produzida na reação de fusão.

Connor Williams e colegas da Universidade Rochester, nos EUA, estão trabalhando em uma versão da fusão nuclear conhecida como "acionamento direto da fusão por confinamento inercial". Esse método consiste em apontar diretamente o laser para a cápsula de combustível, o que é diferente da abordagem de acionamento indireto, usada no gigantesco laboratório NIF (National Ignition Facility), por exemplo, detentor do atual recorde de fusão sustentada.

Na abordagem de acionamento indireto, a luz do laser é convertida em raios X que, por sua vez, forçam a implosão da cápsula, o que comprime o combustível e inicia a fusão nuclear. O grande desafio está justamente em forçar uma implosão o mais homogênea possível, o que tem-se mostrado um desafio difícil de vencer.

No acionamento direto, usado neste experimento, o próprio laser força a implosão da cápsula de combustível, razão pela qual a equipe chama seu aparato de "vela de ignição", o dispositivo que gera a faísca que incendeia o combustível nos atuais motores a combustão.

"Se você conseguir criar a vela de ignição e comprimir o combustível, o acionamento direto terá muitas características que são favoráveis para a energia de fusão em comparação com o acionamento indireto," disse Varchas Gopalaswamy, membro da equipe.

Superlasers transformarão luz em matéria e criarão interior de estrelas em laboratório.
[Imagem: Hyojeong Lee]

Acionamento direto da fusão nuclear

O conceito funcionou. A equipe completou várias tentativas bem-sucedidas de disparar a energia do laser em pequenas cápsulas cheias de combustível deutério e trítio, fazendo com que as cápsulas implodissem e produzissem um plasma quente o suficiente para iniciar reações de fusão entre os núcleos do combustível.

As temperaturas alcançadas no centro dessas implosões chegam a 100 milhões de graus Celsius. A velocidade com que ocorre a implosão é normalmente entre 500 e 600 quilômetros por segundo. As pressões no núcleo são até 80 bilhões de vezes maiores do que a pressão atmosférica terrestre.

Os experimentos, que causaram reações de fusão que produziram mais energia do que a quantidade de energia no plasma quente central, consumiram 28 quilojoules de energia. Para comparação, em seu recorde mais recente, o NIF usou impulso indireto para irradiar uma cápsula com raios X usando cerca de 2.000 quilojoules de energia laser.

Infelizmente o laboratório usado pela equipe, chamado Ômega, apesar de ser o maior sistema de laser acadêmico no mundo, é pequeno demais para comprimir combustível o suficiente para chegar à ignição, quando a reação de fusão se autossustenta.

Contudo, ao mostrar que é possível atingir esse nível de desempenho de implosão com apenas 28 quilojoules de energia laser, a equipe está entusiasmada com a perspectiva de aplicar métodos de acionamento direto usando lasers de maior energia. A demonstração da sua vela de ignição é um passo importante para isso.

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