The Secret Force for Limitless Energy? Lasers | Tammy Ma | TED

Tradutor: Fernando Torres Revisor: Joao Victor Coelho

What would you do with the largest laser in the world?

O que você faria com o maior laser do mundo?

Send a beam into space.

Enviar um feixe para o espaço.

Strap the laser to the head of a shark.

Prender o laser na cabeça de um tubarão.

Or maybe just use it to amuse your cat.

Ou talvez apenas usar para divertir seu gato.

Well, the laser that I'm talking about

Bem, o laser de que estou falando

is nothing like your typical laser pointer.

não se parece em nada com uma caneta laser comum.

No, this laser is a thousand times more powerful

Não, esse laser é mil vezes mais poderoso

than the entire US electrical grid.

do que toda a rede elétrica dos EUA.

It's the most energetic laser in the world.

É o laser mais poderoso do mundo.

I guarantee you

Eu garanto,

you're going to want to keep your cat far, far away from this laser.

você vai querer manter seu gato muito, mas muito longe desse laser.

Now, I'm a physicist,

Agora, eu sou uma física,

so what I would want to do with this laser is something a little bit different.

então o que eu gostaria de fazer com esse laser é algo um pouco diferente.

I take that laser and split it into almost 200 beams,

Eu pego esse laser e o divido em quase 200 feixes,

and shine them from every angle onto a little pellet of hydrogen.

e os coloco de todos os ângulos em uma pequena pastilha de hidrogênio.

Hydrogen, that very first element on the periodic table.

Hidrogênio, o primeiro elemento da tabela periódica.

I'd use the laser to squeeze and compress that hydrogen

Eu usaria o laser para espremer e comprimir esse hidrogênio

until the atoms themselves fuse.

até que os próprios átomos se fundissem.

That's called fusion.

Isso se chama fusão.

And it’s the same reaction that powers the Sun.

E é a mesma reação que alimenta o sol.

So with our giant laser,

Então, com nosso laser gigante,

we could actually create miniature stars right here on Earth.

poderíamos de fato criar estrelas em miniatura aqui mesmo na Terra.

Pretty cool, right?

Muito legal, nao é?

OK, that's the goal.

OK, esse é o objetivo.

But why?

Mas por quê?

Why do we care to do this?

Por que nos preocupamos em fazer isso?

Fusion means unlocking a different kind of nuclear power.

Fusão significa desbloquear um tipo diferente de energia nuclear.

Instead of splitting big, heavy atoms, like we do with fission

Em vez de dividir átomos grandes e pesados, como fazemos com a fissão

in today's nuclear power plants,

nas usinas nucleares atuais,

fusion means bringing together the atoms of a light element

a fusão significa reunir os átomos de um elemento leve

until they merge.

até que eles se fundam.

In our case, we're going to use deuterium and tritium.

No nosso caso, vamos usar deutério e trítio.

They are isotopes of hydrogen, heavy hydrogen.

Eles são isótopos de hidrogênio, hidrogênio pesado.

And if we can use our lasers to get them close enough together

E se pudermos usar nossos lasers para aproximá-los o suficiente

at hot enough temperatures,

em temperaturas suficientemente altas

and hold them there long enough until they fuse,

e mantê-los lá por tempo suficiente até se fundirem,

what we create on the other side is a helium nucleus and a neutron.

o que criamos do outro lado é um núcleo de hélio e um nêutron.

And it just so happens that that helium and neutron

E acontece que o hélio e o nêutron

weigh just a little bit less

pesam um pouco menos

than our deuterium and tritium originally did.

do que nosso deutério e trítio originalmente pesava.

So we're going to take that differential in mass

Então, vamos pegar esse diferencial de massa

and put it into an equation that everybody knows really well.

e colocá-lo em uma equação que todo mundo conhece muito bem.

Einstein's E equals --

Einstein diz que E é igual...

Audience: MC squared.

Público: MC ao quadrado.

Tammy Ma: E equals MC squared.

Tammy Ma: E=MC².

Where that "m" is that differential in mass,

Onde esse “m” é esse diferencial de massa,

we're going to multiply by "c," the speed of light,

vamos multiplicar por “c”, a velocidade da luz,

a huge, huge number squared,

um número enorme ao quadrado

and with that, get a tremendous amount of energy out.

e, com isso, obter uma quantidade enorme de energia.

How tremendous?

Quão enorme?

Well one single pound of fusion fuel has the same amount of energy

Bem, uma única libra de combustível de fusão tem a mesma quantidade de energia

as 5,000 barrels of oil,

que 5.000 barris de petróleo

or 3.5 million pounds of coal.

ou 3,5 milhões de libras de carvão.

So fusion is the ultimate energy source,

Portanto, a fusão é a melhor fonte de energia,

not least because the fuel that we need for fusion is also very abundant.

até porque o combustível de que precisamos para a fusão também é muito abundante.

Deuterium is naturally occurring in seawater.

O deutério ocorre naturalmente na água do mar.

About one in every 7,000 particles is D2O instead of H2O.

Cerca de uma em cada 7.000 partículas é D2O em vez de H2O.

And tritium, we know how to breed from lithium.

E o trítio, sabemos como se reproduzir a partir do lítio.

So conceivably we actually have enough fusion fuel on Earth

Então, é possível que realmente tenhamos combustível de fusão suficiente na Terra

to last us 30 billion years

para durar 30 bilhões de anos

of human consumption at today's levels.

de consumo humano nos níveis atuais.

If you ask me, I'd call that energy security.

Se você me perguntar, eu chamaria isso de segurança energética.

Fusion is also clean energy.

A fusão também é energia limpa.

In our equation,

Em nossa equação,

it was a deuterium plus a tritium gave us a helium.

foi um deutério mais um trítio que nos deu um hélio.

Carbon is nowhere in that equation.

O carbono não está em nenhum lugar dessa equação.

Fusion is also inherently safe.

A fusão também é inerentemente segura.

In order to start a fusion reaction,

Para iniciar uma reação de fusão,

we first have to put energy into the system to make the atoms fuse.

primeiro precisamos colocar energia no sistema para fazer os átomos se fundirem.

So if you ever want to stop a fusion reaction,

Então, se você quiser interromper uma reação de fusão,

you just cut off that initial energy source.

basta cortar a fonte de energia inicial.

Fusion will create waste,

A fusão criará resíduos,

but it's not the kind of waste that will last for tens

mas não é o tipo de resíduo que durará dezenas

or hundreds of thousands of years.

ou centenas de milhares de anos.

Instead, the low-level nuclear waste of fusion

Em vez disso, o baixo nível de resíduos nucleares de fusão

can decay away in just decades.

pode se decompor em apenas décadas.

And that means we can place fusion power plants almost anywhere,

E isso significa que podemos colocar usinas de fusão em quase qualquer lugar,

near large population centers and big cities,

perto de grandes centros populacionais e grandes cidades,

and fusion power plants would be compatible

e as usinas de fusão seriam compatíveis

with our current grid infrastructure or the smart grids of the future.

com nossa infraestrutura de rede atual ou com as redes inteligentes do futuro.

And finally, fusion energy is also flexible energy.

E finalmente, a energia de fusão também é energia flexível.

Energy when you need it and can come in different forms.

Energia quando você precisa e pode vir em diferentes formas.

Electricity to power our homes,

Eletricidade para abastecer nossas casas,

but also high-temperature heat for industrial use.

mas também calor de alta temperatura para uso industrial.

Now, to be fair, there are some downsides to fusion, too.

Agora, para ser justo, também existem algumas desvantagens na fusão.

Fusion is incredibly complex and incredibly difficult.

A fusão é incrivelmente complexa e incrivelmente difícil.

The development of fusion has been and will be expensive.

O desenvolvimento da fusão tem sido e será caro.

But the potential benefits of fusion are so great that it is worth it.

Mas os benefícios potenciais da fusão são tão grandes que valem a pena.

All right, so how do we actually make fusion work here on Earth?

Tudo bem, então como podemos de fato fazer a fusão funcionar aqui na Terra?

Well, that's the problem that we've been working on

Bem, esse é o problema em que estamos trabalhamos

for nearly 60 years now.

há quase 60 anos.

Let's go back to that ginormous laser.

Vamos voltar para aquele laser gigantesco.

It's called the National Ignition Facility, or NIF,

É chamado de National Ignition Facility, ou NIF,

at the Lawrence Livermore National Lab.

no Laboratório Nacional Lawrence Livermore.

The NIF is the world's largest, most energetic laser,

O NIF é o maior e mais poderoso laser do mundo,

housed in a building the size of three American football fields,

instalado em um prédio do tamanho de três campos de futebol americano,

side by side and ten stories tall.

lado a lado e com dez andares de altura.

It's not just one laser.

Não é apenas um laser.

It's actually 192 separate lasers,

Na verdade, são 192 lasers separados,

and each one alone is one of the most energetic in the world.

e cada um sozinho é um dos mais poderosos do mundo.

And we're going to combine all 192 of those lasers

E vamos combinar todos os 192 desses lasers

and shine them on a little fuel pellet

e colocá-los em uma pequena pastilha de combustível

about the size of a peppercorn.

do tamanho de um grão de pimenta.

Alright, let me take you into the facility and give you a closer look.

Tudo bem, deixa eu levar vocês até a instalação e dar uma olhada mais de perto.

The laser starts as a little pulse of light,

O laser começa como um pequeno pulso de luz,

the fraction of the energy of a typical laser pointer.

a fração da energia de um ponteiro laser típico.

We're going to split that beam into 192 ways.

Vamos dividir esse feixe em 192 formas.

And those beams are now going to bounce back and forth across this giant facility,

E os feixes agora vão saltar para frente e para trás por essa instalação gigante,

each beam passing through hundreds of slabs of laser glass

cada feixe passando por centenas de placas de vidro laser

getting boosted up in energy.

aumentando sua energia.

In total, each beam is going to travel nearly a mile

No total, cada feixe percorrerá quase uma milha

and get amplified up a million billion times in energy

e será amplificado um milhão de bilhões de vezes em energia

and expanded in size from a little pinprick

e expandido em tamanho de uma pequena picada

to over a square foot.

para mais de um metro quadrado.

And then all 192 laser beams are going to get directed

E então todos os 192 feixes de laser serão direcionados

towards the fusion chamber.

em direção a câmara de fusão.

Half the laser beams go up and half come down,

Metade dos feixes de laser sobem e metade descem,

and they're going to direct and concentrate their light

e eles vão direcionar e concentrar sua luz

on a tiny cylinder that sits right in the middle,

em um pequeno cilindro que fica bem no meio,

about the size of a pencil eraser.

do tamanho de uma borracha de lápis.

The lasers go into that cylinder

Os lasers entram nesse cilindro

and create a bath of X-rays

e criam um banho de raios-X

that then envelop the little fuel pellet

que envolve a pequena pastilha de combustível

that sits right in the middle.

que fica bem no meio.

Those X-rays are so intense

Esses raios-x são tão intensos

that they start blowing off the shell of that pellet like a rocket.

que eles começam a explodir a casca daquela pastilha como um foguete.

And then by conservation of momentum,

E então, pela conservação do momento,

the rest of the capsule squeezes inward,

o resto da cápsula se comprime para dentro,

equal and opposite reaction.

uma reação igual e oposta.

We're going to reach temperatures of over 180 million degrees Fahrenheit,

Vamos atingir temperaturas de mais de 180 milhões de graus Fahrenheit,

hotter than the center of the Sun,

mais quentes que o centro do Sol,

and pressures that would feel like 100 billion Earth atmospheres

e pressões que pareceriam 100 bilhões de atmosferas terrestres

pressing down on you.

pressionando você.

And then we start a little spark right in the center,

E então começamos uma pequena faísca bem no centro,

which then propagates through more of that fuel,

que então se propaga por mais desse combustível,

creating a miniature star,

criando uma estrela em miniatura

and with it a huge burst of energy.

e com ela, uma enorme explosão de energia.

E se fizermos isso da maneira certa,

And if we do it right,

we can actually get a whole lot more energy out

podemos realmente extrair muito mais energia

than the energy that went in to start all of this.

do que a energia usada para iniciar tudo isso.

(Applause)

(Aplausos)

I know, it sounds really easy, right?

Eu sei, parece muito fácil, certo?

(Laughter)

(Risos)

Well, obviously this is a story that bridges enormous scales.

Bem, obviamente essa é uma história que une escalas enormes.

The temperature and density of a star focused in on the atomic level.

A temperatura e a densidade de uma estrela focadas no nível atômico.

Remember how I said that laser is a thousand times the power

Lembra quando eu disse que o laser tem mil vezes a potência

of the US electrical grid?

da rede elétrica dos EUA?

Well, power is defined as energy per unit time.

Bem, potência é definida como energia por unidade de tempo.

Então, o que estamos fazendo é pegar uma enorme quantidade de energia

So what we're doing is taking a huge amount of energy

and compressing it down into just nanoseconds.

e comprimi-la em apenas nanossegundos.

And that's why every time we fire the lasers,

E é por isso que toda vez que disparamos os lasers,

the lights don't flicker across the globe.

as luzes não piscam em todo o mundo.

But we are able to create conditions that are the hottest

Mas somos capazes de criar as condições mais quentes

in the entire solar system.

de todo o sistema solar.

All right, so I know what you guys are all thinking.

Tudo bem, eu sei o que vocês estão pensando.

Like, how could this actually possibly work, right?

Tipo, como isso poderia realmente funcionar, certo?

And who would be crazy enough to try?

E quem seria louco o suficiente para tentar?

Well, tens of thousands of scientists and engineers around the world,

Bem, dezenas de milhares de cientistas e engenheiros em todo o mundo,

including me.

inclusive eu.

And scientists are trying all different approaches to fusion.

E os cientistas estão tentando diferentes abordagens de fusão.

Not just giant lasers, but sometimes giant magnets.

Não apenas lasers gigantes, mas às vezes ímãs gigantes.

Things that have cool names like tokamaks or stellarators

Coisas com nomes legais, como tokamaks ou stellarators,

that can help shape and contain the fusion.

que podem ajudar a moldar e conter a fusão.

And right now, we're actually seeing

E neste momento, estamos vendo

a whole bunch of new, private start-up fusion companies

um monte de novas empresas privadas de fusão

pop up all across the globe,

surgindo em todo o mundo,

each one trying a unique and different approach to fusion.

cada uma tentando uma abordagem única e diferente da fusão.

It's a whole host of brave and brilliant individuals

É uma série de pessoas corajosas e brilhantes

working hard to make this dream a reality.

trabalhando duro para tornar esse sonho realidade.

And our team at Lawrence Livermore National Lab

E nossa equipe no Laboratório Nacional Lawrence Livermore

are the stewards of work that started in 1960

é a responsável pelo trabalho iniciado em 1960

because of national security.

por causa da segurança nacional.

We need to understand fusion,

Precisamos entender a fusão,

to understand how to ensure

entender como garantir

that our US nuclear arsenal stays safe and effective.

que nosso arsenal nuclear dos EUA permaneça seguro e eficaz.

And that is what has provided the steady funding

E foi isso que forneceu o financiamento estável

to pursue this very difficult physics challenge over decades.

para enfrentar esse desafio muito difícil da física ao longo de décadas.

So yeah, it took us 12 years to build the NIF,

Então, sim, levamos 12 anos para construir o NIF,

and we've been doing experiments using it

e estamos fazendo experimentos com ele

for nearly 15 years more now.

há quase 15 anos.

And in that time, we've improved our physics understanding

E nesse período, aprimoramos nossa compreensão da física

and computational simulation models.

e nossos modelos de simulação computacional.

We've designed new diagnostic instruments capable of taking better, clearer,

Projetamos novos instrumentos de diagnóstico capazes

de tirar fotos melhores, mais claras

faster pictures of the experiment.

e mais rápidas do experimento.

We've continuously pushed up the laser energy

Aumentamos continuamente a energia do laser

and found ways to build better targets.

e encontramos maneiras de construir alvos melhores.

And guess what?

E adivinha?

In December of 2022, we finally did it.

Em dezembro de 2022, finalmente conseguimos.

(Applause)

(Aplausos)

Our team at Lawrence Livermore National Lab demonstrated fusion ignition.

Nossa equipe no Laboratório Nacional Lawrence Livermore

demonstrou a ignição por fusão.

For the very first time in human history,

Pela primeira vez na história da humanidade,

we generated a controlled thermonuclear fusion reaction

geramos uma reação de fusão termonuclear controlada

in the laboratory

em laboratório

that generated more energy out

que gerou mais energia

than went in with the lasers to start it.

do que a que começou com os lasers para iniciá-la.

(Applause)

(Aplausos)

That's right, we were able to light a match

Isso mesmo, conseguimos acender um fósforo

and turn that into a bonfire.

e transformá-lo em uma fogueira.

And in the process, release a new form of energy

E no processo, libera uma nova forma de energia

that is a million times more energetic than a chemical reaction.

isso é um milhão de vezes mais poderoso do que uma reação química.

And now,

E agora,

now we've actually been able to repeat ignition four more times

agora conseguimos repetir a ignição mais quatro vezes

in just the last 15 months,

nos últimos 15 meses,

with our most successful experiment

com nosso experimento de maior sucesso

giving us over twice as much energy out as we put in with the lasers.

nos dando duas vezes mais energia do que liberamos com os lasers.

So are we done?

Então, terminamos?

Well, not quite.

Bem, ainda não.

In order to move towards that fusion-energy future,

Para avançar em direção a esse futuro de energia de fusão,

we'll have to figure out how to harness this energy

teremos que descobrir como manipular essa energia

in a working fusion power plant.

em uma usina de fusão em funcionamento.

And to be clear,

E para ser clara,

there's still a long scientific and engineering road ahead.

ainda há um longo caminho científico e de engenharia pela frente.

Just to build on our successes at NIF,

Apenas para aproveitar nossos sucessos no NIF,

we'll have to build more efficient lasers,

teremos que construir lasers mais eficientes,

mass manufacture targets

metas de fabricação em massa

and figure out robotics for automated operations and more.

e descobrir robótica para operações automatizadas e muito mais.

The depth and breadth of this challenge

A profundidade e a amplitude desse desafio

will require sustained investment from government and private industry,

exigirão investimentos sustentados do governo e da indústria privada,

and all of us working together.

e de todos nós trabalhando juntos.

We're all racing to make this a reality,

Estamos todos correndo para tornar isso realidade,

but there's still a lot more work to be done.

mas ainda há muito trabalho a ser feito.

I don't know exactly how long this will all take,

Não sei exatamente quanto tempo tudo isso vai levar,

but I do know that we can do it.

mas sei que podemos fazer isso.

And when we do it,

E quando fizermos isso,

when we make fusion energy a reality,

quando tornarmos a energia de fusão uma realidade,

energy will become so plentiful

a energia se tornará tão abundante

that it will no longer be a limited resource.

que não será mais um recurso limitado.

This will change the world as we know it.

Isso mudará o mundo como o conhecemos.

When energy becomes essentially unlimited,

Quando a energia se torna essencialmente ilimitada,

there are unlimited ways to use this energy.

existem maneiras ilimitadas de usar essa energia.

Every country will be energy independent.

Cada país será independente de energia.

Standards of living will rise around the world,

Os padrões de vida aumentarão em todo o mundo

and we'll be able to use energy in creative new ways as well,

e também poderemos usar a energia de novas maneiras criativas,

like carbon capture at scale to combat climate change.

como a captura de carbono em grande escala para combater as mudanças climáticas.

Vertical farming for delicious, sustainable food for all,

Agricultura vertical para alimentos deliciosos e sustentáveis para todos

and desalination of seawater

e dessalinização da água do mar

so that everybody has access to clean water.

para que todos tenham acesso à água limpa.

We can do all this and more with fusion.

Podemos fazer tudo isso e muito mais com a fusão.

Fusion can ignite that future.

A fusão pode acender esse futuro.

Thank you.

Obrigada

(Applause)

(Aplausos)