A fusão nuclear, em contraste com a fissão nuclear, tem se destacado como uma promissora fonte de energia, oferecendo benefícios ambientais significativos. Enquanto a fissão envolve a divisão de átomos para liberar energia que é usada desde 1950 nos reatores das usinas nucleares, a fusão busca replicar o processo que alimenta o sol, unindo átomos para gerar energia que, no caso do sol, sai em forma de calor e luz.
Por décadas pesquisadores tentam replicar esse processo de fusão, produzindo o que os físicos chamam de "um sol na caixa". Com isso, duas abordagens principais foram desenvolvidas para explorar a fusão nuclear como fonte de energia: o confinamento magnético e o confinamento inercial.
No confinamento magnético, campos magnéticos são utilizados para confinar a nuvem de plasma resultante do aquecimento a mais de 100 milhões de graus Celsius dos átomos do gás hidrogênio, fazendo com que ocorra a fusão dos átomos e a liberação de energia, empregando dispositivos como o Tokamak (Imagem 1). Por outro lado, no confinamento inercial, uma pastilha-alvo contendo isótopos de hidrogênio é aquecida por um intenso feixe de laser, como realizado no National Ignition Facility (NIF) (Imagem 2).
Imagem 1. O reator do tipo 'tokamak' deve ser usado no projeto internacional de cooperação para fusão nuclear, o Iter (Foto: divulgação Iter).
Imagem 2. A câmara-alvo da National Ignition Facility do LLNL. (Foto: Divulgação LLNL)
Um ponto crucial na busca por uma fusão bem-sucedida é a escolha dos átomos utilizados. Enquanto reatores de fissão e fusão tradicionais empregam deutério e trítio, que geram subprodutos radioativos e precisam ser armazenados por centenas de anos, o hélio-3 surge como uma alternativa promissora. Quando o hélio-3 reage com deutério, a fusão resultante não produz nêutrons energéticos, evitando a geração de elementos radioativos, sendo armazenados por cerca de 30 anos pela pequena quantidade de radiação produzida. Esta característica torna o hélio-3 uma opção atrativa para a produção de energia limpa, embora sua presença na Terra seja limitada, sendo mais abundante na Lua.
A recente descoberta de replicação bem-sucedida do processo de fusão no NIF é um marco significativo. Este experimento, baseado no confinamento inercial, utiliza 192 lasers para aquecer por ionização toda a superfície de um cilindro de ouro de 2 milímetros e, em seguida, uma cápsula de diamante que contém em seu interior uma pastilha de combustível contendo trítio e deutério congelados, resultando em um plasma de alta densidade que gera diversas explosões rápidas, promovendo um efeito em cascata e liberando mais energia (3,15 megaJoules ou MJ) que a quantidade consumida (2,05 MJ), sendo observado na imagem 3.
Imagem 3. Representação da câmara de ouro e lasers (Foto: Divulgação LLNL)
De acordo com as últimas atualizações, os cientistas no NIF no Lawrence Livermore National Laboratory na Califórnia (LLNL) conseguiram replicar com sucesso o experimento pelo menos três vezes no ano de 2023, como relatado no relatório de dezembro do LLNL. Brian Appelbe, pesquisador do Centre for Inertial Fusion Studies no Imperial College London, disse que a capacidade de replicação mostra que o experimento pode ser realizado mesmo quando as condições, como o laser ou a cápsula de combustível, são variadas. Embora o avanço seja promissor, desafios como a maximização da eficiência energética e a capacidade de realizar múltiplas reações por segundo ainda precisam ser superados para tornar a fusão nuclear comercialmente viável.
O uso potencial da energia de fusão nuclear destaca a sustentabilidade dessa abordagem, reduzindo significativamente a produção de resíduos radioativos, não gera riscos de explosão e não forma subprodutos, uma vez que não gera dióxido de carbono. Com a intensificação da crise climática e a necessidade premente de abandonar os combustíveis fósseis, a fusão nuclear emerge como uma esperança realista para fornecer uma fonte abundante, limpa e segura de energia.
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