A ignição é um processo-chave que amplifica a produção de energia da fusão nuclear e pode fornecer energia limpa e responder a algumas questões enormes da física.

Um novo experimento parece ter acionado a ignição pela primeira vez, na National Ignition Facility (NIF) no Lawrence Livermore National Laboratory nos EUA, recriando as temperaturas e pressões extremas encontradas no coração do sol.

Isso produziu mais energia do que qualquer experimento anterior de fusão por confinamento inercial, e prova que a ignição é possível, abrindo caminho para reações que produzem mais energia do que o necessário para começar.

Os físicos do Imperial College London já estão ajudando a analisar os dados do experimento bem-sucedido, que foi conduzido em 8 de agosto de 2021. Imperial também produziu mais de 30 doutorados. alunos que passaram a trabalhar no NIF. A faculdade mantém fortes ligações com a instalação, e outros em todo o mundo, através do Centro de Estudos de Fusão Inercial (CIFS).

Passo importante para a frente

Co-diretor do Centro de Estudos de Fusão Inercial da Imperial, Professor Jeremy Chittenden, disse que "a demonstração de ignição tem sido um grande desafio científico desde que a ideia foi publicada pela primeira vez há quase 50 anos. Foi a razão principal para a construção do NIF e tem sido seu objetivo principal por mais de uma década."

"Após dez anos de progresso constante para demonstrar a ignição, os resultados dos experimentos no último ano foram mais espetaculares, já que pequenas melhorias na produção de energia de fusão são fortemente amplificadas pelo processo de ignição. O ritmo de melhoria na produção de energia tem sido rápido, sugerindo que podemos alcançar em breve mais marcos de energia, como exceder a entrada de energia dos lasers usados ​​para iniciar o processo. "

"Isso é crucial para abrir a promessa da energia de fusão e permitir que os físicos investiguem as condições em alguns dos estados mais extremos do Universo, incluindo aqueles poucos minutos após o Big Bang. A fusão controlada em laboratório é um dos maiores desafios científicos desta era e este é um importante passo à frente. "

Co-diretor do Centro de Estudos de Fusão Inercial da Imperial, Professor Steven Rose, disse que "a equipe do NIF fez um trabalho extraordinário. Este é o avanço mais significativo na fusão inercial desde seu início em 1972."

"O que foi alcançado alterou completamente o cenário de fusão e agora podemos esperar usar plasmas inflamados para descobertas científicas e produção de energia."

Alcançando ignição

O tipo de reação nuclear que abastece as atuais usinas é a fissão - a divisão dos átomos para liberar energia. A fusão, em vez disso, força os átomos de hidrogênio juntos para ganhar energia, produzindo uma grande quantidade de energia, e, crucialmente, lixo radioativo limitado.

Por esta razão, busca-se há décadas uma maneira de criar reações de fusão eficientes para produzir energia limpa com poucos recursos. Contudo, reações de fusão têm se mostrado difíceis de controlar e, até o momento, nenhum experimento de fusão produziu mais energia do que a que foi empregada para iniciar a reação.

Embora o último experimento ainda exija mais energia do que sai, é o primeiro a atingir o estágio crucial de 'ignição', o que permitiu que muito mais energia fosse produzida do que nunca, e abre o caminho para o 'ponto de equilíbrio', onde a energia de entrada é correspondida pela energia de saída.

Existem duas maneiras principais pelas quais os pesquisadores em todo o mundo estão tentando produzir energia de fusão. O NIF se concentra na fusão de confinamento inercial, que usa um sistema de lasers para aquecer pelotas de combustível, produzindo um plasma - uma nuvem de íons carregados.

Os pellets de combustível contêm versões "pesadas" de hidrogênio - deutério e trítio - que são mais fáceis de fundir e produzir mais energia. Contudo, os pellets de combustível precisam ser aquecidos e pressurizados para as condições encontradas no centro do Sol, que é um reator de fusão natural.

Uma vez que essas condições sejam alcançadas, as reações de fusão liberam várias partículas, incluindo partículas 'alfa', que interagem com o plasma circundante e o aquecem ainda mais. O plasma aquecido então libera mais partículas alfa e assim por diante, em uma reação autossustentável - um processo conhecido como ignição.

Contudo, este processo nunca foi totalmente realizado antes - até agora. Os resultados da experiência de 8 de agosto indicam uma produção de energia de mais de um mega-joule, que marca o limite acordado para o início da 'ignição' e é seis vezes a maior energia alcançada anteriormente.

Arthur Turrell, do Departamento de Física do Imperial, e autor do livro recém-publicado Os Construtores Estelares:Fusão Nuclear e a Corrida para Capacitar o Planeta , disse que "Esta descoberta fenomenal nos traz tentadoramente perto de uma demonstração de 'ganho líquido de energia' das reações de fusão - exatamente quando o planeta precisa."

"A equipe da National Ignition Facility, e seus parceiros em todo o mundo, merecem todos os aplausos por superar alguns dos desafios científicos e de engenharia mais temíveis que a humanidade já enfrentou. A extraordinária liberação de energia alcançada irá encorajar os esforços de fusão nuclear em todo o mundo, dando impulso a uma tendência que já estava bem encaminhada. "

Território desconhecido

O professor Chittenden disse que "embora o NIF seja basicamente um experimento de física, e não tem o objetivo principal de criar energia de fusão, este resultado incrível significa que este sonho está mais perto de se tornar realidade. Agora provamos que é possível alcançar a ignição, dando inspiração para outros laboratórios e start-ups ao redor do mundo trabalhando na produção de energia de fusão para tentar realizar as mesmas condições usando um mais simples, método mais robusto e acima de tudo mais barato. "

A equipe Imperial agora está analisando os resultados do experimento, usando métodos de diagnóstico que eles criaram para entender o que está acontecendo em tais condições extremas. Dr. Brian Appelbe, Pesquisador Associado do Centro de Estudos de Fusão Inercial da Imperial, disse que "os lasers NIF já criaram as condições mais extremas da Terra, mas o novo experimento parece ter dobrado a temperatura anterior alcançada. Entramos em um regime em que nunca estivemos - este é um território desconhecido em nossa compreensão do plasma. "

Dr. Aidan Crilly, Pesquisador Associado do Centro de Estudos de Fusão Inercial da Imperial, acrescentou que "reproduzir as condições no centro do Sol nos permitirá estudar estados da matéria que nunca fomos capazes de criar em laboratório antes, incluindo aqueles encontrados em estrelas e supernovas. "

"Também poderíamos obter insights sobre os estados quânticos da matéria e até mesmo condições cada vez mais próximas do início do Big Bang - quanto mais quente ficamos, quanto mais perto chegamos do primeiro estado do Universo. "