Reação a frio: Bombas de hidrogênio na cozinha | Superinteressante
Reação a frio: Bombas de hidrogênio na cozinha
Está mais quente que nunca a idéia de construir um reator nuclear num aparelho quase tão simples quanto uma cafeteira.
access_time 31 out 2016, 18h48 - Publicado em 30 abr 1993, 22h00
Anunciada há quatro anos como a maior descoberta do século, a fusão a frio tornou-se rapidamente uma desoladora frustração. Por mais que se tenha tentado não foi possível comprovar as experiências originais, de autoria dos químicos americanos Martin Fleischman e Stanley Pons, ambos da Universidade de Utah. Mas alguns cientistas nunca se conformaram com o fracasso. E com razão. A nova forma de fusão prometia repetir, com modesto equipamento, reações nucleares que só ocorrem a quente, no coração do Sol ou nas bombas de hidrogênio, por força de uma temperatura da ordem dos 10 milhões de graus Celsius. Em lugar disso, parecia suficiente mergulhar em água dois plugues de metal ligados à tomada. Os plugues aqueciam o líquido numa proporção inexplicável, já que o calor produzido era quatro vezes maior que a energia elétrica ou química consumida pelo aparelho.
Nasceu assim a esperança de que houvesse uma trilha tão simples quanto revolucionária para se chegar ao núcleo dos átomos — possível fonte daquele calor. As infrutíferas investigações subseqüentes destruíram a euforia inicial, mas a idéia não está exatamente morta e enterrada, como se chegou a pensar. O motivo é a dúvida: se a misteriosa energia não vem do coração do átomo, de onde mais poderá vir? Essa é a pergunta que fazem centenas de pesquisadores atualmente, seja na Itália, no Japão ou nos Estados Unidos.
Um dos serenos heróis dessa busca revigorada, o japonês Akito Takahashi, da Universidade de Osaka, conseguiu construir uma fonte de calor apenas fazendo a hidrólise da água pesada — nome que se dá à suposta experiência simplificada de fusão nuclear. O calor não brota aos borbotões. Ao final de muitas horas, o melhor aparelho disponível produz 10 vezes menos energia que uma lâmpada comum de 100 watts. Mas o que importa é registrar a existência de energia excedente, e isso fica praticamente assegurado pelos dados de Takahashi. Impecáveis, eles eliminam, quase que definitivamente, as suspeitas de erro levantadas contra as medidas de quatro anos atrás.
O próprio Takahashi, a princípio, não dava muito crédito à novidade, mas as experiências o fizeram mudar de idéia. "A quantidade total de calor produzida é incrivelmente alta", anunciou uma das mais importantes autoridades japonesas no assunto, Hideo Ikegami, do recém-criado Instituto Nacional para a Ciência da Fusão. Tal conclusão encontra forte respaldo nos dados do americano Edmund Storms, do respeitado Laboratório Nacional Los Alamos. Pertence a ele o aparelho de maior potência jáconstruído. Suas medidas, assim como as de Takahashi, estão acima de qualquer suspeita.
As novas experiências estão abalando o descaso que dominava a comunidade científica. A tese de que tudo havia sido ilusão começou a cair em setembro do ano passado, com um relatório do físico Michael McKrube, do Instituto Internacional de Pesquisa SRI, sediado em Pa-lo Alto, Califórnia. McKrube levou quase quatro anos para realizar 38 experiências, assegurando assim que não havia erro na montagem dos aparelhos ou na leitura dos instrumentos de medida.
Sua conclusão, de que o fenômeno era real, foi convincentemente apresentada em conferência no próprio quartel-general dos céticos, o célebre Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT). "Podemos demonstrar que obtivemos mais energia do que gastamos". McKrube estima que a energia total gerada por seu aparelho foi de 1 milhão de Joules. Novamente, não é muito: uma lâmpada gera essa quantidade de calor em menos de 3 horas; McKrube e Storms precisam de uma semana inteira para chegar lá.
O que mais espanta em toda essa história, é a hipótese de reações nucleares sem violência. Afinal, para promover a devastadora fusão de uma bomba de hidrogênio é preciso antes explodir uma bomba atômica comum, que funciona por fissão, e não fusão, nuclear. A imensa energia da segunda é uma espécie de gatilho, que dispara as reações de fusão dentro da primeira. Não custa lembrar a diferença entre os dois tipos de reação. Na bomba atômica comum, quebram-se os núcleos de urânio, que são instáveis: justamente por serem grandes, estão sempre emitindo fragmentos. Estes escapam com velocidade vertiginosa e, ao colidir com núcleos vizinhos, aceleram sua quebra, ou fissão, como dizem os físicos. Ou seja, o urânio detona-se a si mesmo. Já nas bombas de fusão, o combustível são pequenos núcleos de hidrogênio, que não se quebram: em vez disso, têm que ser colados uns aos outros.
Não é fácil, pois os núcleos se repelem fortemente. No entanto, quando enfim se unem, liberam energia muito maior que a necessária para vencer a barreira de repulsão. A fusão arranca por volta de 40% da energia estocada nos núcleos, enquanto a fissão opera na casa dos 10%. Por isso mesmo, insistem os céticos, ela exige alto investimento energético no início das reações. E ninguém mais ousa retrucar abertamente que os novos fenômenos são isso mesmo: um meio ainda não imaginado de se fazer a fusão nuclear.
O maior obstáculo a essa hipótese é a ausência de resíduos: se a fusão estivesse mesmo acontecendo, era de esperar que emitisse não apenas energia, mas também diversos fragmentos. O mais importante deles é o nêutron, uma das partículas do submundo do átomo, muito comum nas interações entre os núcleos. Mas todas as tentativas até agora revelaram uma quantidade de nêutrons muito inferior ao esperado. Os resultados chaves nesse campo foram obtidos em 1991, no Japão, por um extraordinário detector, o Kamiokande, de 3 000 toneladas, instalado numa antiga mina, muitos metros abaixo da superfície. Isso serve de blindagem contra nêutrons do ambiente e permite ao aparelho fazer medidas mais precisas da experiência. Resultado: não há resíduos mensuráveis, fato que prejudica a única teoria imaginada até agora para explicar a fusão em baixa temperatura.
Essa teoria havia sido aventada pelos próprios "descobridores" da fusão a frio, Fleischman e Pons. Para eles, a imensa pressão necessária para ativar reações nucleares viria de um metal parecido com a prata, de nome paládio. Imagine-se, por exemplo, que muitos átomos de hidrogênio fossem obrigados a penetrar no metal, apertando-se entre os próprios átomos de paládio. A partir de certo ponto, o metal estaria tão abarrotado que os hidrogênios seriam esmagados e seus núcleos se tocariam, unindo-se uns aos outros.
Na prática, o melhor candidato à fusão, seja a quente ou a frio, é um hidrogênio modificado, de nome deutério. Com ele se forma a chamada "água pesada", de símbolo D2O, em vez do célebre H2O. Nas experiências se usam placas de paládio como terminais de um circuito elétrico que ficam imersos em água pesada.
O fracasso da teoria não significa que os teóricos estão parados: há tanta gente ativa nos laboratórios quanto nos gabinetes e quadros-negros, dando tratos à bola para decifrar o enigma. Das três conferências internacionais sobre o assunto, a maior foi justamente a última, que reuniu 320 cientistas na cidade japonesa de Nagoia, a 200 quilômetros de Tóquio. As duas primeiras foram realizadas em Salt Lake, nos Estados Unidos, no início de 1990, e em Como, na Itália, em 1991. Cada uma delas reuniu perto de 200 participantes. Em Nagoia, poucos teóricos importantes defenderam a idéia de que algum tipo de reação nuclear estaria por trás da energia excedente. Uma exceção foi o francês Jean-Pierre Vigier, da Universidade Pierre e Marie Curie. Ele acredita que os elétrons do átomo de deutério poderiam cair no núcleo e ativar a fusão, em circunstâncias muito especiais. A maior parte dos teóricos, porém, preferiu até evitar o termo fusão. Ele vai para o limbo enquanto não surge uma pista promissora sobre o enigma.
Talvez a energia excedente venha de uma reação mais superficial, com a participação exclusiva de elétrons, habitantes da periferia, e não do núcleo dos átomos. Os japoneses, especialmente, parecem pôr fé nessa possibilidade. Extremamente carentes de energia, eles sonham com um meio de extraí-la da água — pesada ou não, trata-se do combustível mais abundante do planeta. Não é por outro motivo que o governo investe mais que qualquer outro na atual investigação. Inovações tecnológicas são importantes em si, ainda que não representem uma descoberta científica revolucionária, como seria a fusão a frio.
Apesar disso, a porta não está inteiramente fechada, como se depreende da palavra dos especialistas. Ikegami, um dos que evitou cuidadosamente o termo fusão, em Nagoia, aposta na máxima de que em ciência tudo é possível, até prova em contrário. Apenas a experiência pode indicar a trilha da verdade. "O que conta é que existem fenômenos incomuns e não há resposta satisfatória para explicá-los. Logo, é preciso continuar pesquisando." McKrube, por sua vez, é um pouco mais incisivo. Ele acredita que a energia observada é grande demais e há pouca chance de sua origem ser química. As reações nucleares são a fonte mais provável, em sua opinião. Embora confesse ter procurado resíduos, sem encontrá-los, ele acrescenta que não está equipado para detectar nêutrons em muito baixa intensidade. Ou seja: os resíduos talvez existam e estejam passando despercebidos. Trata-se de uma conclusão exemplar — sem se deixar levar pelo deslumbramento, mantém viva a expectativa com relação a hipóteses mais ousadas.
A experiência básica da fusão fria é tão simples que pode ser feita em casa. Bastam uma lâmpada velha, dois tubos de ensaio escolares e água. É bom pedir ajuda ao professor, ou a um físico, para evitar choques, na água, ou queimaduras, devido à queima acidental dos gases hidrogênio e oxigênio.
O primeiro passo é cortar a calota da lâmpada. Depois, retira-se o filamento que fica incandescente quando a lâmpada está acesa. Restam dois fios mais duros, que estavam conectados ao filamento. Sobre eles, emborcam-se dois pequenos tubos de ensaio. A água que cobre tudo é percorrida pela eletricidade assim que a lâmpada é ligada à tomada. Em conseqüência disso, as moléculas de H2O se quebram: um dos fios gera pequenas bolhas de Hidrogênio (H), de carga elétrica positiva. Ele se acumula com um gás no tubo de ensaio. No outro tubo, acumula-se o Oxigênio (O), de carga negativa. É divertido e instintivo, embora não crie nenhum tipo de energia, enigmática ou não. Nessa experiência, chamada hidrólise da água, toda a força que entra como eletricidade é usada para quebrar as moléculas ou para aquecer a água (em proporção insignificante). Para fazer a hidrólise que espante a ciência é preciso mudar algumas peças desse aparelho básico. O físico Edmund Storms, em lugar dos fios da lâmpada, usa duas pequenas folhas de metal paládio. Em vez de água comum, que contém hidrogênio, usa-se água pesada, que contém deutério. A diferença é pequena: o hidrogênio tem o mais simples núcleo possível, composto por uma única partícula, o próton. O deutério é o segundo mais simples, com um próton e um nêutron. Há outros ingredientes, mas esses são essenciais ao sucesso das experiências. Storms, por exemplo, mistura à água pesada 0,3% de um composto contendo lítio, deutério e oxigênio. Ele também acha importante começar com uma baixa corrente elétrica, de 0,13 amperes, mantê-la por algumas horas e depois fazer variar bastante sua intensidade. O excesso de energia aparece ao cabo de alguns dias, com corrente não inferior a 2 amperes. A quantidade de energia gerada é tipicamente 20% maior do que a energia que entra em forma elétrica.