Prospects For A New Light Nuclei, Fission Fusion Energy Cycle
O artigo propõe um novo ciclo de energia nuclear livre de resíduos para propulsão avançada e geração de energia que utiliza lítio abundante e fusão deutério-trítio, onde a fissão primária de lítio-6 desencadeia reações secundárias de fusão e fissão de lítio-7 para produzir subprodutos estáveis.
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A busca por energia limpa e poderosa frequentemente leva os cientistas ao coração do átomo, onde dois processos distintos competem pela atenção: a fissão e a fusão. A fissão, o método utilizado nas atuais usinas nucleares, funciona dividindo átomos pesados como o urânio, liberando calor e deixando para trás resíduos radioativos que devem ser armazenados por milhares de anos. A fusão, o processo que alimenta o sol, tenta colidir átomos leves para criar outros mais pesados, oferecendo a promessa de uma energia imensa com pouco resíduo, mas tem se mostrado incrivelmente difícil de sustentar na Terra. Uma nova proposta sugere uma maneira de unir esses dois mundos usando os elementos mais leves disponíveis, especificamente o lítio e o hidrogênio, para criar um ciclo que poderia alimentar foguetes e cidades sem gerar resíduos nucleares de longa duração a partir de seu combustível, embora possa ativar materiais técnicos circundantes via fluxo de nêutrons. Esta abordagem baseia-se em uma reação em cadeia onde um evento nuclear desencadeia o próximo, utilizando partículas que já são abundantes nos materiais usados para as baterias de veículos elétricos modernos.
Uma equipe de pesquisadores da Texas Tech University e da University of Missouri propôs e começou a testar um ciclo nuclear específico que combina esses elementos leves. A ideia deles centra-se em uma sequência de reações começando com o lítio-6, um isótopo que ocorre naturalmente e é encontrado no metal lítio. Quando um nêutron de baixa velocidade atinge um átomo de lítio-6, ele se divide em um átomo de hélio e uma partícula de alta velocidade chamada tríton. Neste novo ciclo, esse tríton não simplesmente voa para longe; em vez disso, ele é capturado dentro de um combustível sólido feito de deutereto de lítio, um composto de lítio e hidrogênio. À medida que o tríton viaja através desse material sólido, ele colide com um átomo de lítio-7 ou um átomo de deutério, desencadeando duas reações secundárias diferentes. Uma colisão divide o lítio-7, enquanto a outra funde o deutério com o tríton. O resultado é uma cascata de liberação de energia onde os subprodutos são hélio estável e não radioativo e nêutrons, desde que os trítons sejam totalmente consumidos no processo.
Para ver se essa reação em cadeia poderia funcionar na prática, os pesquisadores montaram uma série de experimentos usando uma fonte de nêutrons para bombardear diferentes colunas de material. Eles colocaram uma coluna de ar, uma coluna de metal de lítio puro e uma coluna de partículas de deutereto de lítio no caminho dos nêutrons. O objetivo era detectar se o deutereto de lítio produzia uma assinatura única de nêutrons de alta energia que indicaria que as reações secundárias estavam ocorrendo. Quando analisaram os dados, observaram que a coluna de deutereto de lítio exibiu uma cauda claramente superior na distribuição de energia de seus nêutrons, a qual as colunas de ar e de lítio puro não exibiram. Estes dados são indicativos de reações de fusão secundária de tríton, embora a equipe observe que estes resultados são preliminares e ainda não constituem uma prova conclusiva.
No entanto, a equipe é cuidadosa ao notar que estes resultados são preliminares. O experimento utilizou uma fonte de nêutrons relativamente fraca, e a equipe planeja repetir os testes usando um reator muito mais forte na University of Missouri para obter dados mais claros. Eles também pretendem testar uma variação do combustível que inclua oxigênio para ver se outros tipos de colisões ocorrem. Além disso, os pesquisadores investigaram uma ideia relacionada proposta por outros cientistas, que sugeria que os nêutrons poderiam causar fusão em deutereto de titânio sólido sem a necessidade do ciclo específico de lítio. Após realizarem seus próprios testes com feixes de nêutrons de alta intensidade, eles não encontraram evidências que apoiem esse mecanismo de fusão baseado em titânio, sugerindo que os resultados observados em sua própria configuração de lítio-deutério são únicos para o projeto proposto, em vez de uma propriedade geral de todos os combustíveis sólidos.
As implicações potenciais deste ciclo são significativas, particularmente para o futuro do transporte e do armazenamento de energia. O combustível necessário, o lítio, já está sendo minerado e reciclado em escala massiva para apoiar a indústria de veículos elétricos. Os pesquisadores calcularam que o lítio contido em uma única bateria de carro elétrico, se processado através deste novo ciclo, poderia teoricamente fornecer energia suficiente para alimentar esse veículo por centenas de milhares de milhas. Como o processo depende de materiais que já estão sendo extraídos e reciclados, e porque não produz resíduos radioativos de longa duração a partir de seu combustível, ele oferece um caminho para a energia que poderia ser integrada à infraestrutura industrial existente. Embora a tecnologia ainda esteja nos estágios iniciais de verificação, os dados iniciais sugerem que um ciclo nuclear de estado sólido usando elementos leves é fisicamente possível e digno de uma investigação mais rigorosa e detalhada.
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