Laser da National Ignition Facility

Depois de não conseguir reproduzir o tiro recorde de energia de fusão do ano passado, os cientistas da US National Ignition Facility voltaram à prancheta.Edwin Cartlidgediscute seus próximos passos

Em 8 de agosto do ano passado, físicos do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, nos Estados Unidos, usaram o maior laser do mundo para realizar um experimento recorde. Empregando os 192 feixes do National Ignition Facility (NIF) de US$ 3,5 bilhões para implodir uma cápsula do tamanho de um grão de pimenta contendo deutério e trítio, eles fizeram com que os dois isótopos de hidrogênio se fundissem, gerando uma reação de fusão autossustentável por uma fração de segundo. Com o processo liberando mais de 70% da energia usada para alimentar o laser, a descoberta sugere que lasers gigantes ainda podem permitir uma nova fonte de energia segura, limpa e essencialmente ilimitada.

O resultado deixou os pesquisadores do laboratório de Livermore em clima de comemoração, tendo lutado por mais de uma década para fazer progressos significativos. Mas a empolgação inicial logo desapareceu quando várias tentativas subsequentes de reproduzir a conquista falharam - reunindo, na melhor das hipóteses, apenas metade da produção recorde. Com a administração de Livermore decidindo tentar apenas um punhado de experimentos repetidos, o laboratório suspendeu sua busca pelo ponto de equilíbrio e, em vez disso, tentou descobrir o que estava causando a variação na produção.

Para os críticos do NIF, a última correção de curso não surpreendeu, aparentemente ilustrando mais uma vez a inadequação da instalação como um banco de testes para a produção robusta de energia de fusão. Mas muitos cientistas continuam otimistas e os próprios pesquisadores do NIF saíram lutando, publicando recentemente o resultado de sua tacada recorde na Physical Review Letters (129 075001). Eles insistem que, afinal, alcançaram a "ignição", atingindo o ponto em que o aquecimento das reações de fusão supera o resfriamento, criando um ciclo de feedback positivo que aumenta rapidamente a temperatura do plasma.

Omar Hurricane, cientista-chefe do programa de fusão de Livermore, afirma que essa definição de ignição baseada na física – em vez da simples descrição de “equilíbrio de energia” – é a que realmente conta. Descrevendo a eventual conquista do ponto de equilíbrio como "o próximo evento de relações públicas", ele diz, no entanto, que continua sendo um marco importante que ele e seus colegas desejam alcançar. De fato, físicos de fora do laboratório de Livermore estão confiantes de que o alvo tão discutido será atingido. Steven Rose, do Imperial College, no Reino Unido, acredita que "há todas as perspectivas" de que o equilíbrio será alcançado.

A tentativa de aproveitar a fusão envolve o aquecimento de um plasma de núcleos leves até o ponto em que esses núcleos superam sua repulsão mútua e se combinam para formar um elemento mais pesado. O processo produz novas partículas – no caso de deutério e trítio, núcleos de hélio (partículas alfa) e nêutrons – além de enormes quantidades de energia. Se o plasma puder ser mantido em temperaturas e pressões adequadamente imensas por tempo suficiente, as partículas alfa devem fornecer calor suficiente para sustentar as reações por conta própria, enquanto os nêutrons podem potencialmente ser interceptados para alimentar uma turbina a vapor.

Os tokamaks de fusão usam campos magnéticos para confinar os plasmas por períodos razoavelmente longos. O NIF, como um dispositivo de "confinamento inercial", explora as condições extremas criadas por um momento fugaz dentro de uma pequena quantidade de combustível de fusão altamente comprimido antes de se expandir novamente. O combustível é colocado dentro de uma cápsula esférica de 2 mm de diâmetro, localizada no centro de um "hohlraum" de metal cilíndrico de aproximadamente 1 cm de comprimento e implode quando os feixes de laser precisamente direcionados do NIF atingem o interior do hohlraum e geram uma inundação de Raios X.

Ao contrário dos tokamaks, o NIF não foi projetado principalmente para demonstrar energia, mas sim como uma verificação dos programas de computador usados ​​para simular explosões de armas nucleares - uma vez que os EUA pararam de testar ao vivo em 1992. No entanto, após a ativação em 2009, logo Tornou-se evidente que os programas usados ​​para orientar suas próprias operações haviam subestimado as dificuldades envolvidas, em particular ao lidar com instabilidades de plasma e criar implosões adequadamente simétricas. Com o NIF perdendo sua meta inicial de atingir a ignição até 2012, a Administração Nacional de Segurança Nuclear dos EUA, que supervisiona o laboratório, deixou esse objetivo de lado para se concentrar na tarefa demorada de entender melhor a dinâmica da implosão.