Fusão Nuclear

 A China inaugurou seu maior reator nuclear de fusão na cidade de Chengdu, em dezembro de 2020. O sol artificial foi ativado com êxito e pode atingir temperaturas dez vezes superiores que a estrela de nosso sistema solar. Os asiáticos buscam desenvolver o processo de fusão para gerar energia limpa.

O equipamento, chamado de HL-2M Tokamak pode gerar 150 milhões de graus célsius, três vezes mais calor que o protótipo anterior, o HL-2 A.

A pesquisa sobre o processo de fusão necessita de se gerar tamanho calor, para reproduzir a forma como o sol produz energia, utilizando hidrogênio e gases deutério como forma de alimentar o processo.

O reator chinês utiliza um campo magnético para fundir o plasma a mais de 150 milhões de graus Célsius. O sol por exemplo faz sua fusão nuclear a 15 milhões de graus.

O processo de fusão é oposto ao processo de fissão, amplamente utilizado em usinas atômicas e armas nucleares. A fissão divide o núcleo do átomo em fragmentos para assim liberar energia. Já a fusão une os átomos.

A fusão nuclear não cria lixo radioativo e tem menos risco de se ter acidentes ou roubo de material nuclear. No entanto é um processo muito caro, além de ser mais difícil de se fazer do que a fissão nuclear.

O projeto chinês começou em 2006 com a criação de reatores menores de fusão nuclear. Os asiáticos irão aproveitar o seu estudo e colaborar com o governo francês, que está criando o maio projeto de pesquisa de fusão nuclear do mundo (International Thermonuclear Experimental Reactor) e que será inaugurado em 2025.

O processo que cria energia através da fusão de átomos é considerado o pote de ouro da energia limpa. Ele não emite gases de efeito estufa e tem potencial de produção energética inesgotável.

Os cientistas estão tentando aperfeiçoar a fusão há décadas, pois o método atual é extremamente caro. A China deu um importante passo para o desenvolvimento da fusão nuclear.

O equipamento chamado pelos chineses de Tokamak foi desenvolvido para se aproveitar da energia que é liberada na fusão nuclear. Ele funciona como uma câmara à vácuo com a forma de um anel onde o gás, depois de ser esquentado por calor e pressão, se transforma em plasma, começando a fusão.

De acordo com a companhia Nacional Nuclear da China (CNNC) é um importante equipamento de apoio para alavancar o avanço da energia de fusão nuclear da China.

O próton e a antimatéria

Uma busca de duas décadas revela detalhes da antimatéria. Vinte anos atrás, pesquisadores físicos começaram a investigar uma assimetria dentro de um próton. O resultado, depois desse tempo, mostra que a antimatéria ajuda a estabilizar o núcleo do átomo.

Aprendemos na escola que o próton é um grupo de três partículas elementares chamadas de quarks. Dois “up”quarks”, mais um “down” quark. Suas cargas se combinam dando ao próton a carga positiva +1. Mas esse quadro simplista encobre uma estranha e não resolvida estória.

De acordo com essa pesquisa, Prótons, a parte positiva do centro de um átomo é parte antimatéria. O interior do próton gira flutuando com 6 tipos de quarks, suas contrapartes de antimatéria, os anti-quarks e partículas de “gluon”, que a une, modificando-as e multiplicando-as. É um trio de quarks.

De acordo com Donald Geesaman, um físico nuclear do Laboratório Nacional do Argonne em Illinmois, EUA, o jeito como tudo funciona é quase como um milagre.

20 anos atrás, Geesaman e seu colega Paul Reimer, embarcaram em um novo experimento para investigar. Chamado de SeaQuest ele finalmente chegou ao fim e seus pesquisadores reportaram as suas conquistas no jornal Nature. Eles mediram a antimatéria presente no próton e descobriram que existe 1,4 down antiquarks para cada up antiquarks.

Teorias sobre o próton

Os dados da pesquisa favoreceram modelos teóricos do mar de prótons. Uma chamada de modelo “pion cloud” que enfatiza a tendência do próton de emitir e reabsorver partículas chamadas de pions pertencentes a um grupo de partículas chamadas de mesons. O outro modelo, chamado de modelo estatísticos trata o próton como a um container cheio de gás.

Futuros estudos ajudarão os pesquisadores a escolher uma das duas teorias. Mas independentemente de que qualquer modelo esteja certo, os dados coletados pelo SeaQuest serão muito úteis, especialmente para os físicos que esmagam prótons juntos na velocidade da luz no Grande Colisor de Hádrons da Europa.

Quando eles souberem exatamente o que está contido nos objetos utilizados nas colisões, eles podem juntar as peças procurando por evidências de novas partículas ou efeitos da colisão.

Segundo Juan Rojo da VU Universidade de Amsterdan que ajuda na análise dos dados do LHC a mensuração feita no SeaQuest pode ter um grande impacto no conhecimento que temos da física que está atualmente limitada na estrutura do próton e no seu conteúdo de antimatéria.

Prótons e Neutrons

A cerca de 50 anos atrás cientistas achavam que haviam descoberto tudo sobre os prótons. Em 1964, Murray Gell-man e George Aweig propuseram o que seria chamado de Modelo Quark,  a ideia de que prótons, nêutrons e outras partículas relacionadas eram conjuntos de três quarks, enquanto que píons e mésons são feitos de um quark e um antiquark.

O esquema fazia sentido mas necessitava ser provado. Em 1970 pesquisadores da SLAC de Stanford  utilizando seus aceleradores de partículas confirmaram o modelo de quark, quando dispararam elétrons em prótons e viram os elétrons se chicoteando dentro do objeto.

Mas houve dificuldades. Chuck Brown,  membro do time d SeaQuest afirmou que quando estavam medindo as propriedades dos três quarks eles descobriram que havia mais por ali, as coisas eram diferentes do que pensavam.

A pesquisa indicava que as massas dos quarks eram um pouco menores do que o peso total do próton. Os estudos indicavam que haviam mais coisas dentro da partícula. Outros estudiosos então apareceram para tentar desvendar a assimetria do próton.

Estudos posteriores trarão novas ideias sobre o átomo e os dados da pesquisa SeaQuest serão indispensáveis para trazer à luz fatos novos das pesquisas sobre a matéria e a antimatéria.

Para saber mais sobre a assimetria do próton clique aqui: Nature