Os cientistas chegaram tentadoramente perto de reproduzir a força do sol, embora apenas em uma partícula de hidrogênio por uma fração de segundo.

Pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Livermore relataram na terça-feira que usando 192 lasers gigantes para aniquilar uma pelota de hidrogênio, eles foram capazes de acender uma explosão de mais de 10 trilhões de watts de energia de fusão – energia liberada quando átomos de hidrogênio se fundem em hélio. ocorre dentro das estrelas.

Na verdade, Mark Herrmann, vice-diretor do programa de física de armas fundamentais de Livermore, comparou a reação de fusão aos 170 quatrilhões de watts de luz solar que banham a superfície da Terra.

“Isso é cerca de 10 por cento disso”, disse o Dr. Herrmann. E toda a energia de fusão emanava de um ponto quente da largura de um cabelo humano, disse ele.

Mas a explosão, essencialmente uma bomba de hidrogênio em miniatura, durou apenas 100 trilionésimos de segundo.

Ainda assim, isso estimulou uma explosão de otimismo para os cientistas da fusão que há muito esperavam que a fusão pudesse um dia fornecer uma fonte de energia limpa e ilimitada para a humanidade.

“Estou muito animado com isso”, disse Siegfried Glenzer, cientista do SLAC National Accelerator Laboratory em Menlo Park, Califórnia, que liderou os experimentos iniciais de fusão na instalação de Livermore anos atrás, mas não está atualmente envolvido na pesquisa . “Isso é muito promissor para nós, alcançar uma fonte de energia no planeta que não emita CO2”.

O sucesso também significou um momento de redenção para o aparelho a laser do tamanho de um estádio de futebol de Livermore, que é chamado de National Ignition Facility, ou NIF. quase nenhuma fusão. Em 2014, cientistas de Livermore finalmente relatou sucessoMas a energia produzida então era minúscula, o equivalente ao que uma lâmpada de 60 watts consome em cinco minutos.

Em 8 de agosto, a explosão de energia foi muito maior – 70% da energia da luz laser que atingiu o alvo de hidrogênio. Essa continua sendo uma proposta perdida como fonte de energia, pois consome mais energia do que produz. Mas os cientistas estão confiantes de que mais saltos na produção de energia foram possíveis com o ajuste fino do experimento.

O Dr. Herrmann disse que normalmente os cientistas de Livermore não falariam até depois que um artigo científico descrevendo as descobertas fosse publicado. Mas essas descobertas “têm se espalhado como um incêndio”, disse ele, “então achamos melhor publicar alguns fatos agora.”

Stephen Bodner, um físico de plasma aposentado que há muito é um crítico do NIF, deu seus parabéns. “Estou surpreso”, disse ele. “Eles chegaram perto o suficiente de seu alvo de ignição e ponto de equilíbrio para considerá-lo um sucesso.”

Mais promissor, as reações de fusão pela primeira vez pareceram autossustentáveis, o que significa que a torrente de partículas fluindo do ponto quente no centro do grânulo aqueceu os átomos de hidrogênio circundantes e também fez com que eles se fundissem.

Riccardo Betti, cientista-chefe do Laboratório de Energia Laser da Universidade de Rochester, fez uma analogia de como funciona o motor de um carro. “Você entrega energia em uma fração muito pequena do combustível por meio de uma faísca na vela de ignição, e então essa energia é amplificada pela combustão do combustível”, disse ele. “Portanto, a mesma coisa aconteceu no experimento Livermore.”

Dr. Herrmann foi mais cauteloso, observando que os resultados não atenderam à definição estabelecida por um relatório da National Academy of Sciences em 1997, que a energia de fusão produzida precisava exceder a quantidade de energia entregue pelos lasers ao hidrogênio. “Estamos no limiar”, disse ele.

Os cientistas do Livermore disseram que precisavam analisar seus resultados com mais cuidado antes de fazer afirmações mais detalhadas.

O Dr. Glenzer, entretanto, disse que tinha certeza de que a fusão havia se espalhado. As reações de fusão produziram uma torrente de partículas subatômicas conhecidas como nêutrons, mais do que os instrumentos podiam contar.

“Os dados são bastante óbvios”, disse o Dr. Glenzer.

Os resultados aprimorados da fusão também ajudam a Instalação Nacional de Ignição a cumprir seu uso principal: verificar se as armas nucleares estão funcionando. Depois dos Estados Unidos testes nucleares subterrâneos suspensos em 1992, funcionários do laboratório argumentaram que alguma maneira era necessária para verificar os modelos de computador que substituíram os testes.

Dr. Herrmann disse que 24 horas após o último experimento, alguém que trabalhava no programa de modernização de armas nucleares contatou a equipe do NIF. “Eles estão interessados ​​em aplicar isso às questões importantes que têm”, disse ele.

A peça central da National Ignition Facility é a câmara-alvo, uma esfera de metal de 33 pés de largura com equipamento de diagnóstico reluzente irradiando para fora.

O complexo de laser ocupa um prédio com uma pegada equivalente a três campos de futebol. Cada explosão começa com um pequeno pulso de laser que se divide através de espelhos parcialmente reflexivos em 192 feixes, então salta para frente e para trás através de amplificadores de laser antes de convergir em um cilindro de ouro que tem aproximadamente o tamanho e a forma de uma borracha de lápis.

Os feixes de laser entram nas partes superior e inferior do cilindro, vaporizando-o. Isso gera uma onda interna de raios-X que comprime uma bolinha de combustível do tamanho de um BB de deutério e trítio cuidadosamente congelados, as formas mais pesadas de hidrogênio. Em um breve momento, os átomos implodindo se fundem.

Desde os resultados promissores iniciais em 2014, os cientistas do NIF manipularam a configuração do experimento. As cápsulas contendo hidrogênio agora são feitas de diamante em vez de plástico, não porque o diamante seja mais forte, mas porque absorve os raios X com mais facilidade. Os cientistas ajustaram o design do cilindro de ouro e do pulso de laser para minimizar as instabilidades.

Os cientistas agora também têm melhores ferramentas de diagnóstico.

Depois de anos de apenas melhorias modestas, as combinações de mod começaram a dar frutos, e os cálculos indicavam que a injeção de 8 de agosto poderia triplicar o que o NIF havia produzido na primavera. Em vez disso, o ganho foi um fator de oito, muito mais do que o previsto.

“Acho que todos ficaram surpresos”, disse Herrmann. Parte da análise atual é descobrir quais mudanças funcionaram tão bem.

O próprio NIF não pode servir de modelo para uma futura usina. Seus lasers são ineficazes e ele só pode disparar uma vez por dia. Uma usina de fusão a laser precisaria vaporizar pelotas de hidrogênio a uma taxa de várias por segundo.

O Dr. Glenzer disse que o SLAC estava trabalhando em um sistema a laser que operaria em níveis de potência mais baixos, mas dispararia muito mais rápido. Ele disse esperar que a fusão, ofuscada nos últimos anos pela energia solar e outras tecnologias de energia, ganhe destaque mais uma vez nos esforços para substituir os combustíveis fósseis.

O financiamento federal para pesquisa de fusão é baixo, mesmo quando o governo Biden deu ênfase à redução da mudança climática.

“Às vezes acontece que, no pior ano do seu financiamento, você obtém os melhores resultados”, disse o Dr. Glenzer.

Embora Bodner prefira uma abordagem alternativa para o experimento atual, ele disse que o resultado do NIF apontou para um caminho a seguir.

“Isso mostra aos céticos que não há nada de fundamentalmente errado com o conceito de fusão a laser”, disse ele. “É hora de os Estados Unidos avançarem com um grande programa de energia de fusão a laser.”

Os lasers não são a única abordagem para aproveitar a fusão para futuras usinas de energia.

Os cientistas também usaram reatores em forma de rosca chamados tokamaks, que usam campos magnéticos para conter e comprimir combustível de hidrogênio. No final da década de 1990, o experimento Joint European Torus na Inglaterra foi capaz de gerar 16 milhões de watts de energia de fusão por um breve momento, percorrendo cerca de 70% do caminho para produzir tanta energia quanto consumia. Um projeto internacional chamado ITER Agora está construindo um reator tokamak maior na França, com início de operação programado para 2025.