How close are we to powering the world with nuclear fusion? - George Zaidan

Tradutor: Margarida Ferreira Revisora: Eliana Santos

In the time it takes to snap your fingers,

No tempo que demora um estalar de dedos,

the Sun releases enough energy to power our entire civilization for 4,500 years.

o Sol liberta energia suficiente

para alimentar toda a nossa civilização durante 4500 anos.

So naturally, scientists and engineers have been working to build

Naturalmente, cientistas e engenheiros têm trabalhado

para criar uma estrela em miniatura aqui na Terra...

a miniature star here on Earth... to plug into our power grid.

para a ligar à nossa rede elétrica.

And the thing is, we already kind of have.

E a verdade é que já temos uma coisa parecida.

It just doesn’t look like a tiny star floating in a lab.

Não se parece com uma estrelinha a flutuar num laboratório.

As estrelas são feitas de um número quase incompreensível de partículas

The stars are made of an almost incomprehensible number of particles,

which gravity compresses into a super dense core.

que a gravidade comprime num núcleo superdenso.

This core is hot and dense enough to force atomic nuclei together,

Este núcleo é suficientemente quente e denso

para forçar os núcleos atómicos a unirem-se,

forming larger, heavier nuclei in a process known as fusion.

formando núcleos maiores e mais pesados

num processo conhecido por fusão.

The reverse process, where one atom splits into two, is called fission.

O processo inverso, em que um átomo se divide em dois, chama-se fissão.

In both processes, the mass of the end products is slightly less

Em ambos os processos, a massa dos produtos finais

é ligeiramente inferior à massa dos átomos iniciais.

than the mass of the initial atoms.

But that lost mass doesn’t disappear—

Mas essa massa perdida não desaparece,

it’s converted to energy according to Einstein’s famous equation.

é convertida em energia, de acordo com a famosa equação de Einstein.

And since c² is such a massive number,

E como o c² é um número tão grande,

both fission and fusion generate a lot of energy.

tanto a fissão como a fusão geram muita energia.

Fusion in our Sun mostly produces helium nuclei.

A fusão no nosso Sol produz principalmente núcleos de hélio.

In the most common pathway, two protons fuse to form a deuterium nucleus,

Na via mais comum, dois protões fundem-se formando um núcleo de deutério,

which then fuses with another proton to form a helium-3 nucleus,

que depois se funde com outro protão formando um núcleo de hélio-3,

which then fuses with another helium-3 nucleus to form a helium-4 nucleus.

que depois se funde com outro núcleo de hélio-3, formando um núcleo de hélio-4.

But there’s a catch— that first step is incredibly rare.

Mas há um problema.

Esse primeiro passo é incrivelmente raro.

Only 1 in 100 septillion collisions between protons

Apenas 1 em 100 quatriliões de colisões entre protões

results in a deuterium nucleus.

resulta num núcleo de deutério.

In the Sun this isn’t a problem because there are so many protons

No Sol, isto não é um problema, porque há tantos protões

that even a reaction this rare happens all the time.

que até uma reação tão rara está sempre a acontecer.

But on Earth, researchers rely on a more easily reproducible reaction,

Mas na Terra, os investigadores contam com uma reação

de reprodução mais fácil,

where a deuterium nucleus fuses with a tritium nucleus

em que um núcleo de deutério se funde com um núcleo de trítio

to form a helium-4 nucleus and a neutron.

formando um núcleo de hélio-4 e um neutrão.

We’ve actually been doing reactions like this one inside particle accelerators

Temos vindo a fazer reações como esta

dentro de aceleradores de partículas, desde os anos 30.

since the 1930s.

But these accelerators are not designed to harness the energy this reaction releases.

Mas estes aceleradores não foram concebidos

para aproveitar a energia que esta reação liberta.

Rather, they’re used to generate neutrons

Em vez disso, são usados para gerar neutrões

for a variety of scientific and military purposes.

para uma variedade de objetivos científicos e militares.

Whereas if we want to use fusion to produce limitless energy,

Se quisermos usar a fusão para produzir energia ilimitada,

precisaremos de um dispositivo que possa aproveitar a energia libertada,

we’d need a device that can harness the energy released,

channel enough of that energy back into the device to keep the reaction going,

canalizar o suficiente dessa energia para o dispositivo para manter a reação

and then send the rest out to our power grid.

e enviar o restante para a rede elétrica.

And for that job, we need a nuclear fusion reactor.

Para esse trabalho, precisamos de um reator de fusão nuclear.

Tal como um acelerador de partículas,

Like a particle accelerator, a reactor would generate helium nuclei and neutrons.

um reator gerará núcleos de hélio e neutrões.

But that reaction would happen in a superhot core

Mas essa reação acontecerá num núcleo superaquecido

e os neutrões dela resultantes dispararão para o exterior

and the resulting neutrons would shoot outward

to heat up a layer of lithium metal.

para aquecer uma camada de lítio metálico.

That heat would then boil water,

Esse calor irá então ferver a água,

generating steam to run turbines and produce electricity.

gerando vapor para fazer funcionar turbinas e produzir eletricidade.

Meanwhile, the helium nuclei would stay in the core

Entretanto, os núcleos de hélio permanecerão no núcleo

and slam into other nuclei to keep the reaction going—

e colidirão com outros núcleos para manter a reação

and the electricity flowing.

e a produção de eletricidade.

This tech has many practical challenges,

Esta tecnologia apresenta muitos problemas práticos,

including how to confine a swirling mass of million-degree matter.

incluindo como confinar uma massa rodopiante de matéria a milhões de graus.

But the biggest hurdle is achieving what's called ignition.

Mas o maior obstáculo é conseguir o que se chama a ignição.

An energy technology is only commercially viable

Uma tecnologia energética só é comercialmente viável

if it puts out more energy than it uses.

se produzir mais energia do que a que consome.

And a fusion reactor needs a lot of energy to get the core hot enough

E um reator de fusão precisa de muita energia

para aquecer o núcleo o suficiente para provocar a fusão.

for fusion to occur.

So there’s a tipping point:

Portanto, há um ponto de viragem:

a moment when the fuel is hot enough to start the reaction

o momento em que o combustível esteja suficientemente quente

and release more energy than is needed to reach and maintain that temperature.

para iniciar a reação e libertar mais energia

do que a necessária para atingir e manter essa temperatura.

This is ignition.

Isso é a ignição.

Stars reach ignition under the force of huge amounts of gravity,

As estrelas atingem a ignição sob a força de enormes quantidades de gravidade,

but this approach is impossible on Earth

mas esta abordagem é impossível na Terra,

since you’d need thousands of times the mass of, well, the entire Earth.

dado que precisaríamos de milhares de vezes

a massa da Terra inteira.

Por isso, os investigadores recorrem normalmente a vastos conjuntos de lasers,

So researchers typically rely on vast arrays of lasers,

or methods that combine magnets with high energy particles

ou métodos que combinam ímanes com partículas de alta energia

or electromagnetic waves similar to those in your microwave oven.

ou ondas eletromagnéticas semelhantes às do nosso forno de micro-ondas.

In 2022, scientists at the US National Ignition Facility

Em 2022, cientistas do Centro Nacional de Ignição dos EUA

demonstrated ignition for the first time ever,

demonstraram a ignição pela primeira vez,

using 192 lasers to heat deuterium and tritium to 100 million degrees.

usando 192 lasers para aquecer deutério e trítio a 100 milhões de graus.

While this was a huge step forward,

Embora este tenha sido um grande passo em frente,

we’re still a ways off from a self-sustaining, long-running reactor

estamos muito longe de um reator autossustentável e de longa duração

that produces more energy than it uses.

que produza mais energia do que aquela que usa.

Mas, depois de operacionais,

But once operational, these relatively small reactors could power a city

estes reatores relativamente pequenos poderão alimentar

of a million people for a year with just two pickup trucks of fuel.

uma cidade de um milhão de pessoas, durante um ano,

apenas com duas carrinhas de combustível.

Today, you’d have to burn roughly 3 million tons of coal

Hoje, teríamos de queimar cerca de 3 milhões de toneladas de carvão

to produce that much energy.

para produzir toda essa energia.

That is the promise of fusion:

Esta é a promessa da fusão:

limitless, on-demand energy with almost no emissions.

energia ilimitada, a pedido, quase sem emissões.

True star power, right here on Earth.

Um verdadeiro poder estelar, bem aqui na Terra.