Por que a fusão nuclear é o Santo Graal da Física? NASA/Unsplash

Por que a fusão nuclear é o "Santo Graal" da Física? Cientista explica

Controlar as reações que acontecem das estrelas para gerar energia é uma das maiores buscas da humanidade — e 2023 começa com uma importante conquista na área, como celebra o físico Marcelo Lapola

07/01/2023 10h23  Atualizado há 8 horas

Por Marcelo Lapola

Marcelo Lapola é doutor em Física pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA)

Dorje

Para a Física, o ano de 2022 terminou com um anúncio promissor sobre a busca por geração eficiente de energia limpa. No último dia 13 de dezembro, o Departamento de Energia dos Estados Unidos divulgou que cientistas norte-americanos conseguiram produzir um valor maior de energia a partir da fusão nuclear do que o utilizado pelo laser do experimento, realizado no Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL, na sigla em inglês).

Esta foi a primeira vez que isso aconteceu.

Um dos principais entraves da geração de energia por fusão se deve ao fato de que muita energia é gasta no processo: são necessárias temperaturas que ultrapassem os 40 milhões de graus Celsius. Ainda assim, em um feito inédito, os norte-americanos conseguiram o tão desejado “ganho de energia líquida”.

Gerar energia por fusão nuclear pode mudar o destino do planeta Terra e da humanidade. Isso porque, entre outros motivos, a energia liberada por fusão pode ser 4 milhões de vezes maior do que a gerada em hidrelétricas ou termoelétricas — estas últimas, em geral, utilizam queima de carvão ou gás e contribuem para emissões de carbono. A energia por fusão também pode ser cerca de 5 vezes maior do que a gerada em usinas nucleares. Além de eficiente, ela promete ser a mais limpa de todas para o meio ambiente.

Energia das Estrelas

Considerada o "Santo Graal" da geração de energia, a fusão nuclear é a reação responsável pela produção de energia no Sol e em outras estrelas, que libera energia em forma de calor e luz.

De um jeito bem simplificado, podemos pensar numa estrela como uma esfera com muita, muita matéria agregada a partir de nuvens de gás e poeira que foram se esfriando e se atraindo pela força da gravidade. As enormes camadas de matéria nessa esfera se atraem mutuamente, fazendo aparecer uma força gravitacional enorme em direção ao centro da estrela.

No núcleo da estrela, a matéria está muito, muito comprimida e, com isso, a temperatura aumenta e chega a valores imensos. Nessas altíssimas temperaturas, essa compressão toda faz com que os núcleos de átomos se fundam uns aos outros, liberando uma quantidade gigantesca de energia. Consequentemente, uma força aparece de dentro para fora da estrela.

Assim, ela permanece por milhões ou até bilhões de anos — até que um dia o combustível que provoca as fusões acabe.

Essa reação que chamamos de fusão nuclear é justamente a que libera maior quantidade de energia em todo o Universo. E é no interior das estrelas, pela fusão nuclear, que a maioria dos elementos químicos se formam.

Controlar essa reação para gerar energia é uma das maiores buscas da humanidade.

Como se vê, a fusão só pode ocorrer em condições extremas de temperatura e pressão. Núcleos atômicos tem cargas positivas, por isso, se repelem fortemente. No entanto, com energia suficiente, podem ser aproximados a ponto dessa repulsão ser vencida e haver a fusão, formando outros núcleos mais pesados.

O físico teórico alemão Hans Bethe, em meados de 1930, equacionou as primeiras reações de fusão, mostrando que estrelas como o Sol liberam energia por reações de cadeia próton-próton. Um exemplo é a fusão de dois núcleos de hidrogênio que resulta é um núcleo de hélio. Nesse processo, uma quantidade enorme de energia é liberada!

Bomba de Hidrogênio

Em 1951, houve o primeiro teste com uma bomba de hidrogênio, na qual a fissão nuclear induziu a uma fusão descontrolada, numa liberação de energia sem precedentes até então.

Para se ter uma ideia do poder destrutivo de uma bomba H, popularizou-se a ideia: “uma bomba de fissão nuclear é apenas o gatilho de uma bomba H.”

A partir da construção da bomba, os especialistas passaram a defender o uso pacífico da fusão nuclear, sugerindo que ela fosse utilizada para geração de energia elétrica (como se faz com as usinas nucleares, onde a reação para a produção de energia é a fissão controlada dos núcleos radioativos).

Também na década de 1950, o primeiro reator de fusão foi construído na extinta União Soviética. O Tokamak 1 (ou T-1, como ficou conhecido) produziu as primeiras reações de fusão, mas com perdas enormes por radiação.

Desde então, outros reatores foram construídos e o desafio se tornou mais difícil do que imaginávamos. Mas a busca pela fusão nuclear controlada e eficiente vem evoluindo, com pequenas conquistas ao longo dos anos. A mais nova delas, em 2022, parece ser a mais promissora.

Fonte:https://revistagalileu.globo.com/colunistas/quanticas/coluna/2023/01/por-que-a-fusao-nuclear-e-o-santo-graal-da-fisica-cientista-explica.ghtml