Físicos disparam 60 raios laser para criar estrela artificial

Armas das estrelas

Usando um aparato que em tudo lembra os mais imaginativos cenários de batalhas interestelares, uma equipe de físicos acaba de quebrar um recorde que também só encontra similares nas grandezas espaciais.

Usando 60 raios lasers de alta potência, combinados para atingir uma cápsula minúscula, eles produziram um plasma com condições de densidade de energia extremas.
Essas condições incluem uma pressão de 100 bilhões de atmosferas, uma temperatura de 200 milhões Kelvin e uma densidade 20 vezes maior que a do ouro.
Antes desse super disparo de laser, essas condições só podiam ser encontradas no núcleo de planetas gigantes, como Júpiter e Saturno, ou no interior das estrelas.

Fusão nuclear
O experimento é um dos caminhos rumo à construção de uma "estrela artificial" controlada, onde a fusão nuclear poderá ser explorada para a geração sustentável de energia.
Muitos físicos acreditam que a fusão nuclear a laser seja a melhor saída para essa fonte de energia limpa.
O laboratório Omega Laser Facility, localizado na Universidade de Rochester, nos Estados Unidos, onde o recorde acaba de ser batido, é um dos que trabalham nesse sentido.

A minúscula cápsula que serve como alvo fica recoberta por um braço triangular que se abre cinco segundos antes do disparo. [Imagem: LLNL]

Estudando as reações nucleares

Os pesquisadores normalmente usam aceleradores para estudar as reações nucleares.
Neste laboratório, a equipe usou uma abordagem diferente, criando um plasma quente e denso, no qual elétrons são arrancados dos átomos para criar uma "sopa" de cargas positivas e negativas - um plasma.
O estado de plasma está presente nas estrelas, nos relâmpagos e até nas lâmpadas fluorescentes - na verdade 99% do universo visível é composto de plasma. Ele é comumente chamado de quarto estado da matéria, depois dos sólidos, líquidos e gases.
Para obter esse plasma, todos os 60 feixes de laser do Laboratório Ômega foram dirigidos simultaneamente para a superfície de uma cápsula de vidro de um milímetro de diâmetro, cheia de isótopos pesados de hidrogênio - deutério e trítio, ou trício.
Os feixes de laser geram um plasma em rápida expansão, de alta temperatura, na superfície da cápsula, fazendo-a implodir.

 A extremidade do "canhão", que dispara centenas de kilojoules de laser ultravioleta sobre uma esfera de vidro cheia e trício e deutério. [Imagem: LLNL]

Bilhar atômico

Esta implosão, por sua vez, cria um plasma extremamente quente (100 milhões Kelvin) de íons de deutério e trício, e de elétrons, dentro da cápsula.
Uma pequena fração dos íons de deutério e trício se fundem, um processo que gera um nêutron viajando a um sexto da velocidade da luz, com cerca de 14,1 milhões de elétron-volts de energia - em comparação, a combustão de uma substância química comum, como a madeira ou o carvão, gera cerca de 1 elétron-volt de energia.
Conforme esses nêutrons energizados escapam da cápsula que está implodindo, uma pequena fração colide com os íons de deutério e trício, e dispersa, como bolas de bilhar.
A partir dessas colisões, bastante raras, e da correspondente transferência de energia dos nêutrons para os íons, os pesquisadores podem obter uma medição precisa do processo de fusão nuclear.



Bibliografia:

Measurements of the Differential Cross Sections for the Elastic n-3H and n-2H Scattering at 14.1 MeV by Using an Inertial Confinement Fusion Facility
J. A. Frenje, C. K. Li, F. H. Seguin, D. T. Casey, and R. D. Petrasso, D. P. McNabb, P. Navratil, and S. Quaglioni, T. C. Sangster, V. Yu Glebov, D. D. Meyerhofer
Physical Review Letters
Vol.: 107, 122502
DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.122502