À 1h03 da segunda-feira, 5 de dezembro, cientistas do National Ignition Facility, na Califórnia, apontaram seu laser de 192 feixes para um cilindro contendo uma minúscula cápsula de combustível de diamante.
Essa poderosa explosão de luz laser criou imensas temperaturas e pressões e provocou uma reação de fusão – a reação que alimenta o sol.
O National Ignition Facility (NIF), parte do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), já havia feito tais experimentos antes, mas desta vez a energia que saiu da reação foi maior do que a potência do laser usado para ativá-la.
Os cientistas tentam há décadas atingir esse limite e a esperança é, um dia, construir usinas de energia que empregam uma reação de fusão para gerar eletricidade abundante e livre de carbono.
Esse resultado ainda está um pouco longe de ser alcançado e, enquanto isso, muito trabalho precisa ser feito no desenvolvimento da tecnologia.
Um dos principais componentes do NIF é uma cápsula de diamante sintético do tamanho de um grão de pimenta, que contém o combustível.
As propriedades dessa cápsula esférica são cruciais para criar um experimento de fusão bem-sucedido.
A esfera deve ser perfeitamente lisa e livre de contaminação – qualquer anomalia pode acabar com o experimento.
Essas esferas projetadas com precisão não são feitas na Califórnia. Eles são o resultado de anos de trabalho da Diamond Materials, uma empresa sediada em Freiburg, na Alemanha.
“A demanda pelas cápsulas [esféricas] é muito alta”, diz Christoph Wild que, ao lado de Eckhard Wörner, é diretor administrativo da Diamond Materials.
“Colaboramos de perto com Lawrence Livermore e tentamos minimizar defeitos como impurezas, cavidades ou paredes irregulares.”
A equipe de 25 pessoas da Diamond Materials fabrica diamantes sintéticos por meio de um processo chamado deposição de vapor químico.
Do início ao acabamento
Leva cerca de dois meses para criar cada lote de 20 a 40 cápsulas, que são feitas meticulosamente colocando minúsculos cristais de diamante em torno de um núcleo de carboneto de silício e polindo repetidamente.
Durante o processo de desenvolvimento, eles descobriram que mesmo o polimento mais meticuloso não era suficiente, pois no nível microscópico a superfície ainda estava esburacada e irregular.
Trabalhando com equipes do LLNL, eles finalmente descobriram que poderiam esmaltar uma cápsula polida com uma nova camada de cristais de diamante para obter o acabamento espelhado limpo de que precisavam.
Quando as cápsulas de diamante chegam ao LLNL, o núcleo de silício é removido e um minúsculo tubo de vidro é usado para encher a esfera oca com deutério e trítio, ambos tipos pesados de hidrogênio, que alimentam a reação de fusão.
“Em torno desses combustíveis de pellets está um cilindro de ouro e urânio enfraquecido”, explica Mike Farrell, vice-presidente de tecnologia de fusão inercial da General Atomics, que é o maior parceiro industrial da LLNL.
A terceira e última camada da cápsula é um cilindro de alumínio usado para resfriar o conteúdo da cápsula antes da reação.
Outra área crucial da tecnologia para o NIF é a ótica – qualquer coisa que suporte a transmissão, detecção ou utilização da luz.
Como o NIF opera o laser mais poderoso do mundo, ele usa muito dessa tecnologia e os componentes ópticos são danificados toda vez que a máquina é acionada.
Desde o início dos anos 1970, a NIF tem trabalhado em estreita colaboração com fabricantes de óptica como a Zygo Corporation e a fabricante de vidro especializada SCHOTT para ajustar e fornecer peças de reposição, bem como detritos e escudos de explosão.
Após o experimento bem-sucedido de dezembro, o próximo desafio para o NIF e seus parceiros será melhorar ainda mais a tecnologia para replicar e melhorar a reação.
Mike Farrell espera que o passo à frente possa ajudar a promover o apoio para pesquisas futuras.
“O experimento mudou a opinião científica. A ignição sempre foi considerada quase inatingível, [ou algo que só pode acontecer] 40 anos no futuro. O resultado em dezembro foi revelador.”
De volta a Freiburg, a Diamond Materials espera poder investir mais tempo em pesquisa. “Cerca de 20% de nossa equipe está envolvida em pesquisa e nós, dois diretores administrativos, também somos físicos”, diz Wild.
“A pesquisa no nível que produzimos requer muitos recursos e não podemos negligenciar a produção. Portanto, provavelmente continuaremos a aumentar a equipe. Afinal, a pesquisa de hoje leva aos produtos de amanhã.”
Equipes de todo o mundo estão se esforçando para construir uma usina de de fusão funcional – usando todos os tipos de abordagens. Mas levará muitos anos e bilhões de dólares de investimento.
O marco do ano passado no NIF provavelmente dará um impulso ao setor, diz Farrell: “Obter financiamento governamental e corporativo pode ser mais fácil agora que mostramos que a ignição é possível.”
Esse investimento será necessário para superar os consideráveis desafios de engenharia enfrentados na construção de uma usina de energia e, em especial, para encontrar materiais que possam resistir à grande quantidade de energia emitida pelo processo de fusão.
Mas Farrell é rápido em apontar a velocidade com que o progresso pode ganhar força depois que o avanço inicial é feito.
“Depois de mostrar os primeiros princípios, como acabamos de fazer, os engenheiros assumem as rédeas para descobrir como fazer isso de forma reproduzível.”
“Lembre-se, o primeiro voo dos irmãos Wright aconteceu em 1903 e o primeiro voo supersônico foi na década de 1950. Em 40 anos ou mais, muita coisa pode progredir.”
