Relatórios recentes de cientistas que buscam um novo tipo de tecnologia de fusão nuclear são encorajadores, mas ainda estamos a alguma distância do "santo graal da energia limpa".

A tecnologia desenvolvida por Heinrich Hora e seus colegas da Universidade de NSW usa lasers poderosos para fundir átomos de hidrogênio e boro, liberando partículas de alta energia que podem ser usadas para gerar eletricidade. Tal como acontece com outros tipos de tecnologia de fusão nuclear, Contudo, a dificuldade está em construir uma máquina que possa iniciar a reação de maneira confiável e aproveitar a energia que produz.

O que é fusão?

A fusão é o processo que alimenta o Sol e as estrelas. Ocorre quando os núcleos de dois átomos são forçados a ficar tão próximos um do outro que se combinam em um, liberando energia no processo. Se a reação puder ser controlada em laboratório, tem o potencial de fornecer eletricidade de carga de base quase ilimitada com emissões de carbono virtualmente nulas.

A reação mais fácil de iniciar em laboratório é a fusão de dois isótopos diferentes de hidrogênio:deutério e trítio. O produto da reação é um íon de hélio e um nêutron de movimento rápido. A maioria das pesquisas sobre fusão até hoje buscou essa reação.

A fusão de deutério-trítio funciona melhor a uma temperatura de cerca de 100, 000, 000 ℃. Confinar um plasma - o nome do estado da matéria semelhante a chamas em tais temperaturas - aquele calor não é tarefa fácil.

A principal abordagem para aproveitar a energia de fusão é chamada de confinamento magnético toroidal. Bobinas supercondutoras são usadas para criar um campo cerca de um milhão de vezes mais forte do que o campo magnético da Terra para conter o plasma.

Os cientistas já alcançaram a fusão de deutério-trítio em experimentos nos Estados Unidos (o Tokamak Fusion Test Reactor) e no Reino Unido (Joint European Torus). De fato, uma campanha de fusão de deutério-trítio acontecerá no experimento do Reino Unido este ano.

Esses experimentos iniciam uma reação de fusão usando aquecimento externo maciço, e é preciso mais energia para sustentar a reação do que a própria reação produz.

A próxima fase da pesquisa de fusão convencional envolverá um experimento chamado ITER ("o caminho" em latim) sendo construído no sul da França. No ITER, os íons de hélio confinados criados pela reação produzirão tanto aquecimento quanto as fontes externas de aquecimento. Como o nêutron rápido carrega quatro vezes mais energia do que o íon hélio, o ganho de potência é um fator de cinco.

O ITER é uma prova de conceito antes da construção de uma central de demonstração.

O que há de diferente em usar hidrogênio e boro?

A tecnologia relatada por Hora e colegas sugere o uso de um laser para criar um campo magnético confinante muito forte, e um segundo laser para aquecer uma pelota de combustível de hidrogênio-boro para atingir o ponto de ignição por fusão.

Quando um núcleo de hidrogênio (um único próton) se funde com um núcleo de boro-11, produz três núcleos de hélio energéticos. Em comparação com a reação de deutério-trítio, isso tem a vantagem de não produzir nêutrons, que são difíceis de conter.

Contudo, a reação hidrogênio-boro é muito mais difícil de desencadear em primeiro lugar. A solução de Hora é usar um laser para aquecer um pequeno pellet de combustível até a temperatura de ignição, e outro laser para aquecer bobinas de metal e criar um campo magnético que conterá o plasma.

A tecnologia usa pulsos de laser muito breves, durando apenas nanossegundos. O campo magnético necessário seria extremamente forte, cerca de 1, 000 vezes mais forte que o usado em experimentos com deutério-trítio. Pesquisadores no Japão já usaram essa tecnologia para criar um campo magnético mais fraco.

Hora e seus colegas afirmam que seu processo criará um "efeito avalanche" na pelota de combustível, o que significa que ocorrerá muito mais fusão do que seria de outra forma esperado. Embora haja evidências experimentais para apoiar algum aumento na taxa de reação de fusão adaptando o feixe de laser e o alvo, para comparar com as reações de deutério-trítio, o efeito de avalanche precisaria aumentar a taxa de reação de fusão em mais de 100, 000 vezes a 100, 000, 000 ℃. Não há evidências experimentais de um aumento dessa magnitude.

Para onde vamos a partir daqui?

Os experimentos com hidrogênio e boro certamente produziram resultados físicos fascinantes, mas as projeções de Hora e colegas de um caminho de cinco anos para concretizar o poder de fusão parecem prematuras. Outros tentaram a fusão disparada por laser. A National Ignition Facility nos EUA, por exemplo, tentou obter a ignição por fusão de hidrogênio-deutério usando 192 feixes de laser focados em um pequeno alvo.

Esses experimentos alcançaram um terço das condições necessárias para a ignição de um único experimento. Os desafios incluem o posicionamento preciso do alvo, não uniformidade do feixe de laser, e instabilidades que ocorrem quando o alvo implode.

Esses experimentos foram realizados no máximo duas vezes por dia. Por contraste, as estimativas sugerem que uma usina de energia exigiria o equivalente a 10 experimentos por segundo.

O desenvolvimento da energia de fusão é mais provável de ser realizado pelo programa internacional convencional, com o experimento ITER em seu núcleo. A Austrália tem envolvimento internacional com o projeto ITER nas áreas de teoria e modelagem, ciência de materiais e desenvolvimento de tecnologia.

Muito disso é baseado na ANU em colaboração com a Australian Nuclear Science and Technology Organization, que é signatária de um acordo de cooperação com o ITER. Dito isto, sempre há espaço para inovação inteligente e novos conceitos, e é maravilhoso ver todos os tipos de investimento na ciência de fusão.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.