Em estudo recente, em que pesquisadores buscam viabilizar a tecnologia de fusão nuclear, um novo gradiente passou a fazer parte da metodologia de pesquisa: a maionese. O condimento cremoso foi parar no chamado Laboratório de Mistura Turbulenta, segundo o autor principal, Arindam Banerjee, “porque se comporta como um sólido, mas quando submetido a um gradiente de pressão começa a fluir”, explicou o engenheiro mecânico.
A ideia é tentar entender o comportamento errático do plasma dentro dos reatores de fusão nuclear, mas sem precisar produzir os 15 milhões de graus Celsius necessários para que a “mágica” aconteça, segundo a NASA. O problema é que a energia gasta para produzir essas condições torna-se mais cara do que a energia limpa produzida.
Para atingir temperaturas desta magnitude, os físicos usam o que é chamado crestrição inercial. Primeiro, eles congelam pellets de hidrogênio do tamanho de uma ervilha em cápsulas de metal. Eles então explodem os pellets com lasers para aquecer o gás a 222 milhões de graus Celsius. Isso resulta em um plasma, um fluido ionizado onde a fusão pode ocorrer, conforme liberação.
Por que o hidrogênio faz a fusão nuclear “desacelerar”?
Da mesma forma que a maionese “desaba” nas cozinhas, a cápsula metálica de hidrogênio (que quer se expandir a todo custo) entra em uma fase instável e começa a fluir. Isso faz com que o metal fundido exploda antes que o gás inflamável tenha tempo de se fundir..
Ainda fazendo uma analogia com a maionese, a equipe de Banerjee diz que, em temperaturas mais baixas, o metal fundido “pode ser elástico, o que significa que volta à sua forma original quando pressionado; ou plástico, o que significa que não volta à sua forma original; ou então fluido”.
A grande questão de pesquisa é quando o estado plasmático se forma uma condição hidrodinâmica conhecida como instabilidade de Rayleigh-Taylorque ocorre entre materiais de diferentes densidades.
O que o estudo da maionese ajuda na fusão nuclear?
Esquema da configuração experimental da roda giratória.Fonte: Aren Boyaci e Arindam Banerjee
No presente estudo, os autores investigaram os parâmetros da transição entre as fases de instabilidade de Rayleigh-Taylor, com foco no aumento da perturbação subsequente. “Nós descobrimos as condições sob as quais a recuperação elástica foi possível e como poderia ser maximizado para atrasar ou suprimir completamente a instabilidade”, diz o artigo.
Além de apresentar dados nunca medidos ou relatados em publicações científicas, os autores produziram orientações para o futuro desenho das cápsulas para que nunca se tornassem instáveis. A questão agora é ver como os dados da equipe se adaptarão ao que acontece em cápsulas de fusão reais, onde o plasma em temperaturas ultraelevadas é muito diferente dos ovos quentes e do óleo.
Segundo Banerjee, a ideia aqui não é transcender essas poucas ordens de grandeza. A expectativa é simplesmente “aumentar a previsibilidade do que aconteceria com essas cápsulas de plasma derretido, de alta temperatura e alta pressão com esses experimentos analógicos de uso de maionese em uma roda giratória”.
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