JOSÉ TITO DE MENDONÇA
Como a energia das estrelas
Faz agora um mês que soubémos pelas notícias ter finalmente arrancado em França, perto de Aix-en-Provence, o grande projecto internacional e multidisciplinar de construção da primeira central de produção de energia através da fusão do átomo de Hidrogénio, considerada a mais limpa e poderosa de todas desde há décadas mas, até agora, ainda demasiado mal conhecida em termos técnicos para ter podido tornar-se realidade mais cedo. Neste projecto estão envolvidos vários especialistas portugueses, em número francamente superior ao da média de contribuição cientíca do país. À frente do grupo, destaca-se José Tito de Mendonça, 61 anos, três filhos, dois netos, Catedrático de Física do Instituto Superior Técnico e engenheiro electrotécnico de formação. É um homem calmo, discreto, que não gosta de cargos administrativos, desconfia de ministérios, viaja constantemente pelo globo a estudar e desenvolver as suas ideias e está seriamente apaixonado pelo que faz. Só de ouvi-lo falar, percebe-se que deve ser um grande privilégio poder assistir às suas aulas. Sentimo-nos directamente tocados pela energia das estrelas.
O Laboratório de Lasers Intensos do Centro de Física dos Plasmas é um labirinto estranho de espelhos de ouro, turbinas imponentes, tubos metálicos, e feixes verdes ou vermelhos que parecem saídos directamente de um filme de ficço científica. É aqui que está guardado, escrupulosamente protegido do pó, o sistema laser mais potente de todo o Sul da Europa. O foco L21 é a zona mais brilhante de todo o país, capaz de condensar toda a energia solar que se derrama sobre Portugal na área equivalente a um chapéu de sol, e criando assim em laboratório condições físicas que, na natureza, só existem dentro de supernovas ou no centro dos maiores planetas. Um impulso destes lasers chega a ser um bilião de vezes mais rápido que um flash fotográfico. Saem daqui impulsos luminosos mil vezes superiores ao total da potência eléctrcica consumida em todo o mundo. Para andarmos por ali, temos que nos revestir de protecções iguais às que se usam nas salas de cirurgia. No meio das suas máquinas impressionantes, José Tito de Mendonça é, visivelmente, um homem feliz. Esta aqui, diz ele, custou o mesmo que o topo da gama dos Ferraris. Por isso mesmo, chamamos-lhe o Ferrari.
Há décadas que oiço dizer que a energia da fusão dos átomos de Hidrogénio é a melhor de todas. Mas porquê?
É, sem dúvida, uma energia mais forte e eficaz que as energias de cisão. E tem um número impressionante de vantagens. Primeiro, não produz resíduos radioactivos de longo tempo de vida. O grande problema das actuais centrais nucleares é a produção de resíduos radioactivos que mantêm a actividade durante dezenas de milhares de anos e nunca ninguém sabe onde se podem guardar, sendo que, ainda por cima, ao fim de vinte anos uma central destas tem que ser encerrada debaixo de toneladas de betão, e nunca é segura. Segundo, os grandes acidentes como o de Chernobyl ou de Three Mile Island nunca aconteceriam numa central de fusão, porque as quantidades de combustível que se usam aqui são sempre muito pequenas. Terceiro, um dos átomos usados na fusão, o Deutério, existe em grandes quantidades na água do mar, o que quer dizer que temos uma fonte quase inesgotável de combustível nuclear mesmo à mão de semear: o mar tem cerca de trinta gramas de Deutério por metro cúbico, e basta um grama para fazer funcionar uma central. É muito diferente do que se passa com o Urânio, que só existe em minas conhecidas e limitadas. E, a seguir, ainda tem que ser enriquecido, o que é um processo complicado.
Tecnicamente, qual é a grande diferença entre uma energia e outra?
Há duas maneiras de se extrair energia de um núcleo. Podemos recorrer à cisão e partir núcleos pesados em fragmentos, como acontece nos reactores nucleares, onde um áromo de Urânio partido em bocados liberta energia. Ou então podemos recorrer à fusão, em que pegamos em átomos leves, os mais leves de todos, como o Hidrogénio, os isótopos do Hidrogénio como o Deutério e o Trítio, ou o Hélio, e juntamos dois dos seus átomos. Este processo também liberta energia, e é uma energia bastante mais eficaz que a da cisão: é a que se cria na natureza no interior das estrelas. O Sol, por exemplo, liberta quantidades enormes de energia, e vem toda da fusão. É essa energia, aliás, que nos permite vermos tão bem as estrelas, porque elas aquecem a uma temperatura tão elevada que começam a libertar fotões. Os planetas mais pesados, como Júpiter e Saturno, não brilham: isto é porque no centro não têm densidade para os núcleos estarem suficientemente próximos para se fundirem e libertarem a energia da fusão.
Densidade?
Sim. É preciso uma densidade mínima para que haja reacções de fusão; ou que os núcleos tenham cargas suficientemente fortes para são serem repelidos por energia electroestática.
Mas, entretanto, o Tito já se meteu nesta outra pesquisa dos lasers.
Pois, porque existem dois caminhos para chegar à fusão. O primeiro é o do reactor que começou agora a ser construido em França. Neste caso, usa-se um gaz diluido mas muito quente, a cerca de cem milhões de graus centígrados. Para isto, usam-se máquinas de confinamento magnético. O gaz tem que ser confinado porque os átomos não podem tocar nas paredes dos recipientes. Este novo reactor fica num sítio magnífico para trabalhar e passar férias. Já há anos que lá vou. Cheguei a passar lá por temporadas de seis meses. O centro de investigação tem um refeitório com grandes paredes envidraçadas de onde se vêm as cabras montesas que vêem aos restos de comida, é delicioso.
E o que é que vai lá ser construído agora?
É uma espécie de grande donut oco, dentro do qual se vai produziu um plasma.
O que é um plasma?
É um gaz completamente inonizado.
Ou seja?
Bom, num gaz normal os átomos são neutros: os protões do núcleo equilibram-se com a carga dos electrões que ficam por fora. Mas, quando o gaz é muito aquecido, os electrões libertam-se do átomo, ficando os núcleos de um lado e os electrões por outro. Isso é um plasma. Exactamente como os dos écrans de plasma, ou mesmo os das lâmpadas fluorescentes. Só que este é muito mais quente. No caso do reactor de França, cria-se uma descarga lá dentro, e o plasma não toca nas paredes.
Então e qual é o segundo caminho, em que o Tito está a investir agora?
É usar uma bolinha de combustível comprimido mil vezes mais que a densidade do sólido. Aí, já não é preciso confinar: como o gaz é muito denso, podem produzir-se muitas reacções nucleares. Para comprimir o material nuclear usam-se cem feixes de laser muito intensos de distribuição concêntrica. Como não temos a certeza de como é que se superam todos os problemas até se chegar à fase da oferta de energia, é bom explorarem-se as duas vias ao mesmo tempo.
Esses dois caminhos alternativos têm nomes próprios?
O primeiro chama-se fusão por confinamento magnético, utilizando uma máquina que custa uns doze milhões de Euros (mais do que o aeroporto da Ota, por exemplo) e leva dez anos a ser construída. O segundo chama-se fusão laser, e não tem confinamento magnético. Só custa menos de mil milhar de Euros, para os quais estamos a pedir financiamento europeu, e tem grandes probabilidades de sucesso.
O Tito acabou por apostar no segundo.
É uma questão de poupar dinheiro e tempo. Em 1986, quando portugal aderiu à CEE, reuni com um grupo de pessoas aqui e lancei o programa de fusão português. Isto deu origem ao Centro de Fusão Nuclear, que estuda o confinamento magnetico e tem uma participação muito forte no projecto que arrancou agora em França. Depois abandonei o Centro e liguei-me aos lasers, em que também estão interessados países de fora da Europa. Se a nossa máquina, o Hiper, for aprovada, precisa de dois ou três anos de projecto e de cinco ou seis de construção. Ainda pode entrar em funcionamento antes da outra.
E é para ser construída aqui em Portugal?
Podia ser, mas o governo teria que dar contrapartidas muito fortes, que creio que não estão ao nosso alcance. Talvez fique em Inglaterra. Se isto passar nas várias etapas da análise de Bruxelas, o dinheiro não pode vir só de lá. Também terá que haver um investimento muito forte por país. Aqui não há dinheiro de privados, porque ainda não temos oferta.
Se é tudo tão bom, por que é que tem demorado tudo tanto tempo?
Porque there's no such thing as a free lunch1. Os combustíveis da fusão são extremamente difíceis de conceber. Somos consistentes: há trinta anos dissémos que em trinta anos teríamos um reactor de fusão, e hoje continuamos a dizer o mesmo.
Porquê?
É a característica dos plasmas. As partículas ionizadas têm interacções umas com as outras a grandes distâncias, e isso determina um comportamento extremamente complexo. Há muitas instabilidades que que destroem o funcionamento magnético, ou que dificultam a compressão. As nossas grandes dificuldades têm sido compreender e controlar essas instabilidades. Temos vindo a construir máquinas cada vez maiores, mas só agora é que estamos em condições de construir uma à escala de um reactor. E mesmo este reactor ainda é um protótipo experimental. Esta máquina ainda não vai oferecer energia: é um estudo, para daqui a mais vinte anos se poder construir um verdadeiro reactor. Depois de pronto, vai fornecer três ou quatro vezes mais energia que a nossa central térmica do Carregado. É a melhor energia de todas porque não produz dióxido de Carbono, não contribui para o aquecimento global, não degrada o ambiente... vale a pena, o problema é chegar lá.
Quem foi o primeiro iluminado a lembrar-se disto?
Nos anos 50, o Péron anunciou publicamente que a Argentina tinha aprendido a controlar a fusão nuclear e ia construir um reactor. Isto deve ter sido resultado da investigação de cientistas alemães ligados aos nazis, que fugiram para a Argentina no fim da Guerra. Isto estimulou o interesse da comunidade internacional, mas nessa altura toda a informação a este respeito era classificada, por causa das suas implicações militares. Os americanos construiram logo a máquina deles, o Sterelator, que seria uma estrela dentro de um 8 enorme. Nunca funcionou muito bem. No fim dos anos 50 houve uma conferência internacional em Genebra onde se decidiu desclassificar o conhecimento nesta área. Foi quando os russos anunciaram os resultados fantásticos de uma máquina muito mais eficaz, o Tokamak, que já tinha a forma do donut, como a que vai ser construída agora em França. Os senhores que a inventaram são dois laureados: o Shakarov, que ganhou o Nobel da Paz, e o Tamm, que ganhou o Nobel da Física. Hoje há duzentos cientistas da Europa a trabalhar na nova máquina.
E o Tito? Quando é que se virou para aqui?
Quando era estudante, fiquei fascinado com as aulas do Prof. Faro, que transmitia aos alunos um grande entusiasmo pela ciência, embora ele próprio não fizesse investigação. Fiquei sugestionado com a analogia entre os quatro elementos e os quatro estados da matéria. Podemos dizer que a Terra é o sólido (frio), a Água é o líquido (mais quente), o Ar é o gazoso (ainda mais quente) e o Fogo é o plasma (um gaz inonizado a temperaturas ainda maiores). Ou seja, temos uma progressão que vai do gelo à água, daqui ao vapor de água, e daqui ao plasma.
Nem sabia que o plasma também era um estado da matéria.
Então! O estado é o estado da matéria mais abbundante do Universo. Olhe, as estrelas são todas plasma, o vento solar é plasma, o espaço inter-estelar é plasma, o espaço inter-galáxico é plasma, na Terra formam-se plasmas naturais nos relâmpagos, nas auroras boreais e no fogo, os quasares têm um buraco no centro e tudo o resto é plasma... mesmo o centro da Terra deve estar no estado de plasma, para produzir as correntes de convecção que formam o campo magnético da Terra. Só as regiões mais frias é que se liquefazem, ou, por vezes, solidificam. Até os cometas, que são sólidos, têm uma cauda que, quando se aproxima do Sol, se ioniza e se transforma em plasma, Por isso é que brilha tanto. A quantidade de matéria do Universo que não é plasma é desprezível. No início, era tudo muito mais quente. Só com a expansão, muito depois do Big-Bang, é que o arrefecimento permitiu o aparecimento da matéria nos estados em que nós a conhecemos. A vida só foi possível depois de um arrefecimento muito grande.
Foram os Quatro Elementos que o trouxeram para a Física?
Sempre gostei da Fisica, de uma maneira geral. Não sei de onde é que isto veio, nasceu comigo, não tive nenhuma grande epifania, não havia casos prévios na família, e nenhum dos meus filhos é físico. Mas eu acho a Física maravilhosamente platónica. Substituimos a realidade por modelos que são imagens virtuais, mas essas imagens explicam a realidade de forma matemática. Pelo menos, temos a ilusão de percebermos a realidade. A gente faz contas, prova qualquer coisa, e ao fim de uns anos observamos isso mesmo, como quando o Halley previu pela primeira vez o regresso do cometa que tem o seu nome: esta é a grande beleza da ciência.