Considerada uma tarefa impossível durante cerca de cem anos, os cientistas agora acreditam que estão no limiar de resolver um dos maiores problemas da física, ao domar a força da fusão nuclear, a reação que ocorre no nosso Sol, e em todas as demais estrelas do universo.
Na primavera do hemisfério norte, uma equipe tentará acender uma pequena estrela em um laboratório, e desencadear uma reação termonuclear.
Sua meta é gerar temperaturas de mais de 100 milhões de graus centígrados e pressões bilhões de vezes maiores do que as encontradas na Terra, a partir de uma porção de combustível pouco maior do que uma cabeça de alfinete. Se tiverem êxito, a experiência será o começo da construção de uma estação de geração termonuclear, fonte de energia quase ilimitada.
Em uma época em que os suprimentos de combustíveis fósseis começam a declinar e os receios sobre mudanças climáticas forçam os governos a buscar fontes de energia limpas, a fusão pode ser a resposta.
Hidrogênio, o combustível das reações de fusão termonuclear, inclusive no Sol, é um dos mais abundantes elementos do universo. A construção do projeto de experimento nuclear de cerca de 1,3 bilhão de euros deve se completar dentro de alguns meses, no outono do hemisfério sul.
Cientistas da Unidade de Ignição Nacional (NIF), em Livermore, localizada entre culturas de uvas para a produção de vinho na Califórnia, empregarão um laser que concentra o equivalente a mil vezes a força de geração total de eletricidade dos Estados Unidos em um bilionésimo de segundo.
O resultado deverá uma explosão na câmara de reação de 32 pés de largura (+/- 11 metros), que produzirá ao menos dez vezes mais energia do que a empregada no processo.
Dentro de uma estrutura cobrindo uma área de três campos de futebol, um laser infravermelho será enviado através de uma milha (1,6 km) de lentes, espelho e amplificadores para criar um raio mais de dez bilhões de vezes mais poderoso que uma lâmpada doméstica, dessas de 100 watts.
Instalada em uma sala do tamanho de um armário, do qual foi retirada toda a poeira para evitar que impurezas atinjam o raio, o laser irá então se dividir em 192 raios, convertido em luz ultravioleta (mais energética) e focalizado em um Aldo numa cápsula no centro de uma câmara revestida com alumínio e concreto.
O quando os raios laser atingirem o interior da cápsula, irão gerar raios-x (ainda mais energéticos), que, em poucos bilionésimos de segundo, irão comprimir a pelota de combustível até que sua cápsula exploda.
Esta explosão da cápsula produzirá uma reação de mesma intensidade, em direção oposta, que irá comprimir o combustível, condensando-o, até que a reação termonuclear se inicie, liberando enormes quantidades de energia.
Os cientistas têm tentado realizar a fusão termonuclear desde o enunciado da equação E=mc² de Einstein, que estabelece a equivalência entre massa e energia, em 1905, a qual mostrou que a fusão de átomos pode liberar tremendas quantidades de energia.
Segundo a teoria de Einstein, a quantidade de energia armazenada em um grama de matéria é suficiente para acender 28.500 lâmpadas de 100 watts durante um ano.
Até agora, esta fusão só tem sido possível dentro de armas nucleares e plasmas (são componentes dos átomos, desmontados, a altíssimas temperaturas) criados em campos magnéticos muito intensos. O trabalho em Livermore, que levou onze anos, poderá mudar tudo isso.
“Lançaremos pulsos de laser que durarão apenas alguns bilionésimos de segundo, mas criaremos as condições encontradas no interior de estrelas ou de armas nucleares”.
“O próximo passo é investigar como a ignição pode ser usada para criar algo de valor para o mundo, e tem potencial para ser uma das maiores conquistas que a humanidade já fez”.
Embora outros experimentos tenham tentado criar as condições necessárias à fusão nuclear, os lasers são vistos como a técnica mais promissora para se conseguir um fornecimento de eletricidade viável.
Se tudo correr bem, NIF poderá disparar seu laser e dar início à reação de fusão nucelar a cada cinco horas, mas para criar uma usina de fusão confiável o laser teria que dar ignição à fusão cerca de dez vezes por segundo.
Os cientistas já estão trabalhando com parceiros britânicos no próximo passo em direção a uma estação de energia por fusão nuclear.
Um projeto conhecido por Unidade de Pesquisa de laser de Alta Potência objetiva a criação de um reator de fusão por laser que poderá ser disparado uma vez a cada dois minutos.
O professor Mike Dunne, diretor da unidade central de laser do Laboratório Rutherford Appletown, perto de Oxford, disse: “A Unidade Nacional de Ignição irá finalmente provar que a fusão pode ser conseguida com um laser”. “Dará início a um excitante novo período na Física, ao provar que o que estamos tentando conseguir é mesmo possível”.
While it has seemed an impossible goal for nearly 100 years, scientists now believe that they are on brink of cracking one of the biggest problems in physics by harnessing the power of nuclear fusion, the reaction that burns at the heart of the sun.
In the spring, a team will begin attempts to ignite a tiny man-made star inside a laboratory and trigger a thermonuclear reaction.
Its goal is to generate temperatures of more than 100 million degrees Celsius and pressures billions of times higher than those found anywhere else on earth, from a speck of fuel little bigger than a pinhead. If successful, the experiment will mark the first step towards building a practical nuclear fusion power station and a source of almost limitless energy.
At a time when fossil fuel supplies are dwindling and fears about global warming are forcing governments to seek clean energy sources, fusion could provide the answer. Hydrogen, the fuel needed for fusion reactions, is among the most abundant in the universe. Building work on the £1.2 billion nuclear fusion experiment is due to be completed in spring.
Scientists at the National Ignition Facility (NIF) in Livermore, nestled among the wine-producing vineyards of central California, will use a laser that concentrates 1,000 times the electric generating power of the United States into a billionth of a second.
The result should be an explosion in the 32ft-wide reaction chamber which will produce at least 10 times the amount of energy used to create it.
"We are creating the conditions that exist inside the sun," said Ed Moses, director of the facility. "It is like tapping into the real solar energy as fusion is the source of all energy in the world. It is really exciting physics, but beyond that there are huge social, economic and global problems that it can help to solve."
Inside a structure covering an area the size of three football pitches, a single infrared laser will be sent through almost a mile of lenses, mirrors and amplifiers to create a beam more than 10 billion times more powerful than a household light bulb.
Housed within a hanger-sized room that has to be pumped clear of dust to prevent impurities getting into the beam, the laser will then be split into 192 separate beams, converted into ultraviolet light and focused into a capsule at the centre of an aluminium and concrete-coated target chamber.
When the laser beams hit the inside of the capsule, they should generate high-energy X-rays that, within a few billionths of a second, compress the fuel pellet inside until its outer shell blows off.
This explosion of the fuel pellet shell produces an equal and opposite reaction that compresses the fuel itself together until nuclear fusion begins, releasing vast amounts of energy.
Scientists have been attempting to harness nuclear fusion since Albert Einstein’s equation E=mc², which he derived in 1905, raised the possibility that fusing atoms together could release tremendous amounts of energy.
Under Einstein’s theory, the amount of energy locked up in one gram of matter is enough to power 28,500 100-watt lightbulbs for a year.
Until now, such fusion has only been possible inside nuclear weapons and highly unstable plasmas created in incredibly strong magnetic fields. The work at Livermore could change all this.
The sense of excitement at the facility is clear. In the city itself, people on the street are speaking about the experiment and what it could bring them. Until now Livermore has had only the dubious honour of being home of the US government’s nuclear weapons research laboratories which are on the same site as the NIF.
Inside the facility, the scientists are impatient. After 11 years of development work, they want the last of the lenses and mirrors for the laser to be put in place and the tedious task of adjusting and aiming the laser to be over, a process they fear could take up to a year before they can successfully achieve fusion.
Jeff Wisoff, a former astronaut who is deputy principal associate director of science at the NIF, said: "Everyone is keen to get started, but we have to get the targeting right, otherwise it won’t work.
"We will be firing laser pulses that last just a few billionths of a second but we will be creating conditions that are found in the interior of stars or exploding nuclear weapons.
"I worked on the building of the International Space Station, but this is a far bigger challenge and the implications are huge. When we started the project, a lot of the technology we needed did not exist, so we have had to develop it ourselves.
"The next step is looking at how ignition can be used to deliver something of value to the world. It has the potential to be one of the biggest achievements mankind has made."
Although other experiments have attempted to create the conditions needed for nuclear fusion, lasers are seen as the most likely technique to be able to provide a viable electricity supply.
If all goes well, the NIF will be able to fire its laser and ignite a fusion reaction every five hours, but to create a reliable fusion power plant the laser would need to ignite fusion around 10 times a second.
The scientists are already working with British counterparts on the next step towards a fusion power station. A project known as the High Powered Laser Research facility aims to create a laser-powered fusion reactor that can fire once every couple of minutes.
Prof Mike Dunne, director of the central laser facility at the Rutherford Appleton Laboratory near Oxford, said: "The National Ignition Facility is going to finally prove fusion can be achieved with a laser. It will start an exciting new period in physics as it will prove what we are trying to achieve is actually be possible."
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