Por mais de sete décadas, pesquisadores da fusão vêm tentando construir uma estrela numa caixa, e por mais de sete décadas, a estrela se recusou a cooperar. Agora, cientistas do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA dizem ter encontrado uma maneira potencialmente muito mais eficiente de alcançar a ignição por fusão — simplesmente mudando a ordem em que o plasma é aquecido e comprimido. O que é o equivalente físico de descobrir que você vem montando móveis da IKEA na sequência errada esse tempo todo.

O manual matemático de longa data aqui é o critério de Lawson, que determina se o plasma pode permanecer quente e denso o suficiente para sustentar a fusão sem aquecimento externo. Ele informa as condições necessárias para a ignição. Não informa, no entanto, a maneira mais eficiente de chegar lá — um pouco como um mapa que mostra o destino, mas insiste que você mesmo descubra a cordilheira.

Os físicos do PPPL Luis Delgado-Aparicio, Masayuki Ono e Jonathan Menard desenvolveram agora uma versão mais abrangente do critério, incorporando quatro fatores adicionais que influenciam o desempenho da fusão. Suas descobertas foram publicadas na Physical Review Letters. Os quatro fatores adicionais não foram especificados no anúncio, presumivelmente porque são o tipo de detalhe que você precisa ler o artigo para saber.

A pesquisa se concentra no plasma, o quarto estado da matéria, que se forma quando o gás fica tão energético que suas partículas carregam cargas elétricas. Em reatores de fusão, esse material extremamente quente contém os núcleos atômicos que os pesquisadores esperam combinar, liberando energia por meio da fusão nuclear. O objetivo final é um plasma em combustão — aquele em que as reações de fusão geram calor suficiente para sustentar o processo sem aquecimento externo contínuo. Alcançar isso de forma eficiente continua sendo um dos desafios mais importantes na pesquisa de energia de fusão, ao lado de lembrar onde você deixou a chave allen.

Delgado-Aparicio compara a descoberta a encontrar uma rota mais eficiente através de uma cordilheira. Imagine os requisitos de energia para a ignição por fusão como uma paisagem dominada por uma montanha imponente. O destino está do outro lado, mas há várias rotas possíveis. Muitas estratégias propostas essencialmente tentam escalar diretamente a montanha — aumentando primeiro a densidade do plasma, depois fornecendo calor enorme para atingir a ignição. Os novos cálculos sugerem que aquecer o plasma antes de torná-lo mais denso pode ser consideravelmente mais eficiente, evitando os requisitos de energia mais altos enquanto ainda alcança as condições desejadas.

"Muitas empresas querem escalar a montanha de frente e gastar uma energia enorme para chegar lá", disse Delgado-Aparicio. "Contorne o pico. Você chega ao mesmo lugar de uma maneira muito mais inteligente e usa muito menos energia." Um sentimento que soará familiar para qualquer um que já tenha visto um GPS recalcular em tempo real.

Os pesquisadores identificaram uma região particularmente importante dessa paisagem matemática chamada sela de Cordey. Em termos geográficos, uma sela é uma passagem baixa entre elevações mais altas. Na física de fusão, representa um ponto relativamente acessível ao longo da fronteira que separa o plasma que ainda precisa de aquecimento externo do plasma capaz de sustentar suas próprias reações de fusão — o equivalente na fusão de um passo de montanha que não exige tanques de oxigênio.

Para avaliar diferentes rotas, os cientistas usaram uma medida chamada Q, que compara a potência produzida pelas reações de fusão com a potência de aquecimento externo fornecida ao plasma. Um valor de Q igual a 5 significa que as reações de fusão produzem cinco vezes mais potência do que o sistema de aquecimento externo fornece. Em um plasma idealizado contendo apenas combustível de fusão puro, a sela de Cordey ocorre em aproximadamente Q = 5. Os sistemas de fusão reais, no entanto, são muito mais complicados. Contaminantes dentro do plasma e campos magnéticos extremamente fortes podem deslocar a localização dessa passagem, aumentando o valor de Q necessário para alcançá-la. Un