Estranha esfera nuclear pode revolucionar energia por fusão

Por , em 30.12.2017

A busca por energia limpa acaba de dar um passo importante. Pesquisadores de diversos países desenvolveram uma técnica para criar fusão nuclear eficiente pela primeira vez. Além disso, a nova técnica dispensa a necessidade de elementos de combustível radioativos e não deixa nenhum resíduo radioativo tóxico, uma proposta muito diferente dos projetos de fusão que o mundo já viu.

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Um dos maiores desafios da ciência moderna é como aproveitar a fusão para que ela produza mais energia do que consome. O novo estudo parece ter encontrado uma maneira de fazer isso. Eles descobriram que o projeto de uma estranha esfera pode ser a chave para a obtenção deste tipo de fusão nuclear. A principal diferença, além de sua forma, é que essa esfera nuclear funde o hidrogênio e o boro, ao invés de isótopos de hidrogênio, como o deutério e o trítio. Isso é possível graças a avanços na tecnologia de lasers, que permitem que o núcleo seja aquecido até 200 vezes mais quente do que o centro do Sol.

“Eu acho que isso coloca nossa abordagem à frente de todas as outras tecnologias de energia de fusão”, diz Heinrich Hora, da Universidade de Nova Gales do Sul, na Austrália, que previu na década de 1970 que a fusão de hidrogênio e boro seria possível sem a necessidade de equilíbrio térmico.

A fusão hidrogênio-boro não produz nêutrons e, portanto, não há radioatividade em sua reação primária. E ao contrário da maioria das outras fontes de produção de energia – como o carvão, o gás e a energia nuclear, que dependem de líquidos de aquecimento como a água para dirigir as turbinas – a energia gerada por essa fusão converte-se diretamente em eletricidade.

Mudança de paradigma

Atualmente, não existem reatores de fusão nuclear úteis. Todo modelo que já foi construído usa mais energia sustentando o plasma quente necessário para a reação do que produz em eletricidade.

Muitos pesquisadores argumentam que, uma vez que uma fusão nuclear eficaz seja alcançada, ela oferecerá uma fonte de energia funcionalmente ilimitada, com efeitos transformadores para a economia global de energia.

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Um reator de deutério-tritio, como os modelos feitos até hoje, enfrenta dois desafios quase insuperáveis: grande parte da energia é desperdiçada quando os átomos derramam nêutrons durante a reação e a energia restante não pode ser convertida diretamente em eletricidade. Em vez disso, é usada para aquecer a água, que gira uma turbina, que então produz eletricidade. Assim, a maior parte da energia colocada na reação não pode ser eficientemente traduzida em eletricidade utilizável.

O novo reator de hidrogênio-boro pode potencialmente mudar este paradigma justamente por sua eficiência.

Segundo os pesquisadores, ao fundir hidrogênio-0 (apenas um único próton sem nêutrons ou elétrons) e boro-11 (uma versão de boro com seis nêutrons) para produzir três núcleos de hélio-4 (cada um contendo dois prótons e dois nêutrons), nenhum nêutron é desperdiçado.

E no reator proposto, a energia do plasma pode ser convertida diretamente em eletricidade, sem precisar aquecer água ao longo do caminho, porque a energia da fusão é liberada como uma corrente de partículas carregadas eletronicamente, que pode ser facilmente transformada em corrente em um fio.

O segredo dos lasers

Ao contrário dos reatores de deutério e tritio, que possuem plasma superaquecido, usando ímãs dentro de câmaras em forma de rosca, o reator esférico de hidrogênio-boro proposto pelo novo estudo utiliza lasers para desencadear e sustentar a reação. Esses lasers são essenciais pois desperdiçam muito menos energia aquecendo os átomos no plasma e usam menos energia mantendo os átomos no lugar.

Os lasers permitem que o plasma de hidrogênio-boro atinja temperaturas de 3 bilhões de graus Celsius e densidades 100.000 vezes maiores do que as plasmas dentro de um reator de deutério-tritio. Essas são condições de reação muito mais intensas do que outros projetos, mas Hora e sua equipe dizem que deve ser fácil alcançar essas condições considerando a tecnologia atual, pelo menos de acordo com as primeiras experiências e simulações que eles fizeram.

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“De uma perspectiva de engenharia, nossa abordagem será um projeto muito mais simples porque os combustíveis e os resíduos são seguros, o reator não precisará de um permutador de calor e um gerador de turbina a vapor, e os lasers que precisamos já podem ser comprados”, adiciona Hora.

Além disso, a forma esférica permitiria que o plasma super quente mantenha uma forma cilíndrica mais eficiente no seu núcleo, o que o torna um alvo ideal para o laser cilíndrico. Uma forma esférica também retém eficientemente a energia produzida pela reação de fusão, dizem os pesquisadores.

“Se os próximos anos de pesquisa não revelarem grandes obstáculos de engenharia, podemos ter um protótipo do reator dentro de uma década”, prevê Warren McKenzie, diretor-gerente da HB11 Energy, empresa australiana que detém as patentes para o processo de Hora. [Science Alert, Live Science, UNSW]

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1 comentário

  • Jefferson Viana:

    Há 25 anos que ouço que em 10 ou 15 anos teremos um reator de fusão eficiente, melhor não criar expectativas.

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