O que é fusão nuclear e como podemos aproveitá-la?

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A fusão nuclear descreve a física de dois ou mais núcleos atômicos se fundindo para criar elementos maiores. Esse é o tipo de processo que ocorre no sol.

A razão pela qual esta é uma perspectiva excitante na produção de energia é porque a fusão nuclear pode liberar grandes quantidades de energia. Se conseguirmos esse controle de liberação de energia, a humanidade poderá potencialmente ganhar acesso a uma fonte abundante e inesgotável de energia amplamente sustentável.

Por enquanto, essa conquista ainda está longe, mas pesquisadores em todo o mundo estão constantemente avançando no campo, entregando melhorias incrementais que estão lentamente nos aproximando desse objetivo.

Como funciona a fusão nuclear?

Os átomos crescem e coletam prótons em grupos cada vez maiores, limitados pela forte força nuclear. Essa atração surge das interações entre seus trios de partículas constituintes, chamados quarks.

Graças à força de Coulomb – a força de atração ou repulsão entre as partículas devido à sua carga elétrica – os prótons tendem a se manter a uma boa distância uns dos outros – longe demais para que a força nuclear se agarre.

Os nêutrons, por outro lado, não têm carga, portanto não são repelidos, permitindo que se movam relativamente perto de outras partículas nucleares com pouco esforço. Graças a diferenças sutis em uma propriedade chamada spin, nêutrons e prótons reunidos podem aderir para formar um núcleo atômico simples.

Em teoria, um próton associado a um nêutron pode se ligar a outro próton e a uma parceria de nêutrons, com os nêutrons agindo como uma espécie de mediador. Mas fazer com que vários prótons se agrupem perto o suficiente para que a força forte assuma o controle não é uma tarefa fácil.

Mesmo fusões relativamente simples entre dois átomos de deutério (hidrogênio consistindo em um próton e um nêutron) para formar um átomo de hélio-3 requer o tipo de pressão encontrada em condições como no Sol.

Para que elementos ainda maiores surjam, como aqueles do tamanho de carbono, essas fornalhas pressurizadas precisariam sustentar temperaturas de pelo menos 100 milhões de graus Kelvin – seis vezes mais quentes do que o núcleo do Sol.

A fusão de núcleos em elementos ainda mais pesados, na escala do ouro e do urânio, requer um grau cósmico de potência. Pense nos tipos de forças encontradas na colisão de estrelas de nêutrons ou em certas supernovas.

Como a fusão nuclear produz energia?

A produção de energia de fusão depende das diferenças na quantidade de energia necessária para manter unidas as partículas nucleares.

Se você pegar uma partícula alfa – um par de prótons e um par de nêutrons agrupados – e pesá-la, você obterá uma massa de 4,00153 unidades. Pese cada átomo individualmente, no entanto, e a soma total seria 4,03188 unidades.

Seguindo a equação “energia = massa x quadrado da velocidade da luz” (sim, isso é E = mc2), a diferença na massa também é uma diferença na energia. Ligadas, a coleção de partículas tem menos energia do que quando estão separadas; portanto, quando eles se fundem, essa energia sobressalente é liberada para o mundo.

Forjada nas profundezas do Sol, essa energia lentamente chega à superfície, onde é emitida em ondas como radiação eletromagnética ou luz solar.

Aqui na Terra, físicos e engenheiros vêm desenvolvendo vários dispositivos que podem nos ajudar a capturar e usar a energia liberada pela fusão nuclear. Quando eles tiverem sucesso, você certamente ouvirá sobre isso.

Fonte: Science News

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