A fusão é uma reação nuclear que combina dois átomos para criar um ou mais novos átomos com massa total ligeiramente menor. A diferença de massa é liberada como energia, conforme descrito pela famosa equação de Einstein, E = mc 2 , onde a energia é igual à massa vezes a velocidade da luz ao quadrado. Como a velocidade da luz é enorme, converter apenas uma pequena quantidade de massa em energia – como acontece na fusão – produz uma quantidade igualmente enorme de energia.

Pesquisadores da National Ignition Facility do governo dos EUA, na Califórnia, demonstraram, pela primeira vez, o que é conhecido como “ignição por fusão”. A ignição é quando uma reação de fusão produz mais energia do que está sendo colocada na reação de uma fonte externa e se torna autossustentável.

A técnica usada no National Ignition Facility envolvia disparar 192 lasers em um pellet de 0,04 polegada (1 mm) de combustível feito de deutério e trítio – duas versões do elemento hidrogênio com nêutrons extras – colocado em uma lata de ouro. Quando os lasers atingem o recipiente, eles produzem raios-X que aquecem e comprimem o pellet de combustível a cerca de 20 vezes a densidade do chumbo e a mais de 5 milhões de graus Fahrenheit (3 milhões de Celsius) – cerca de 100 vezes mais quente que a superfície do recipiente. Sol. Se você conseguir manter essas condições por tempo suficiente, o combustível se fundirá e liberará energia .

O combustível e o canister são vaporizados em alguns bilionésimos de segundo durante o experimento. Os pesquisadores esperam que seu equipamento tenha sobrevivido ao calor e medido com precisão a energia liberada pela reação de fusão.

Para avaliar o sucesso de um experimento de fusão, os físicos observam a relação entre a energia liberada do processo de fusão e a quantidade de energia dentro dos lasers. Essa relação é chamada de ganho .

Qualquer coisa acima de um ganho de 1 significa que o processo de fusão liberou mais energia do que os lasers entregaram.

Em 5 de dezembro de 2022, o National Ignition Facility disparou um pellet de combustível com 2 milhões de joules de energia de laser - aproximadamente a quantidade de energia necessária para ligar um secador de cabelo por 15 minutos - tudo contido em alguns bilionésimos de segundo. Isso desencadeou uma reação de fusão que liberou 3 milhões de joules . Isso é um ganho de cerca de 1,5, quebrando o recorde anterior de ganho de 0,7 alcançado pela instalação em agosto de 2021 .

A energia de fusão tem sido o “santo graal” da produção de energia por quase meio século . Embora um ganho de 1,5 seja, acredito, um avanço científico verdadeiramente histórico, ainda há um longo caminho a percorrer antes que a fusão seja uma fonte de energia viável.

Enquanto a energia do laser de 2 milhões de joules era menor que o rendimento da fusão de 3 milhões de joules, a instalação levou quase 300 milhões de joules para produzir os lasers usados ??neste experimento. Este resultado mostrou que a ignição por fusão é possível, mas será necessário muito trabalho para melhorar a eficiência até o ponto em que a fusão possa fornecer um retorno líquido positivo de energia ao levar em consideração todo o sistema de ponta a ponta, não apenas um interação única entre os lasers e o combustível.

Há uma série de peças do quebra-cabeça da fusão que os cientistas vêm aprimorando constantemente há décadas para produzir esse resultado, e mais trabalhos podem tornar esse processo mais eficiente.

Primeiro, os lasers só foram inventados em 1960 . Quando o governo dos EUA concluiu a construção da National Ignition Facility em 2009 , era a instalação de laser mais poderosa do mundo, capaz de fornecer 1 milhão de joules de energia a um alvo . Os 2 milhões de joules que produz hoje são 50 vezes mais energéticos do que o próximo laser mais poderoso da Terra . Lasers mais poderosos e formas menos intensivas de energia para produzir esses lasers poderosos podem melhorar muito a eficiência geral do sistema.

As condições de fusão são muito difíceis de sustentar e qualquer pequena imperfeição na cápsula ou no combustível pode aumentar a necessidade de energia e diminuir a eficiência. Os cientistas fizeram muito progresso para transferir com mais eficiência a energia do laser para o recipiente e a radiação de raios X do recipiente para a cápsula de combustível , mas atualmente apenas cerca de 10% a 30% da energia total do laser é transferida para o canister e ao combustível.

Finalmente, enquanto uma parte do combustível, o deutério, é naturalmente abundante na água do mar, o trítio é muito mais raro . A própria fusão realmente produz trítio , então os pesquisadores esperam desenvolver maneiras de colher esse trítio diretamente. Enquanto isso, existem outros métodos disponíveis para produzir o combustível necessário .

Esses e outros obstáculos científicos, tecnológicos e de engenharia precisarão ser superados antes que a fusão produza eletricidade para sua casa. O trabalho também precisará ser feito para reduzir o custo de uma usina de fusão bem abaixo dos US$ 3,5 bilhões da National Ignition Facility . Essas etapas exigirão investimentos significativos do governo federal e da indústria privada.

Vale a pena notar que há uma corrida global em torno da fusão, com muitos outros laboratórios ao redor do mundo buscando diferentes técnicas . Mas com o novo resultado do National Ignition Facility, o mundo viu, pela primeira vez, evidências de que o sonho da fusão é alcançável .