Tecnologia Científica

Marco importante da fusão nuclear alcana§ado quando a 'ignição' éacionada em um laboratório
A ignia§a£o éum processo-chave que amplifica a produção de energia da fusão nuclear e pode fornecer energia limpa e responder a algumas questões enormes da física.
Por Hayley Dunning - 22/08/2021


© Imperial College London

Um novo experimento parece ter acionado a ignição pela primeira vez, no National Ignition Facility (NIF) no Lawrence Livermore National Laboratory nos Estados Unidos, recriando as temperaturas e pressaµes extremas encontradas no coração do sol.

"A fusão controlada em laboratório éum dos maiores desafios cienta­ficos desta era e este éum importante passo a  frente."

Professor Jeremy Chittenden

Isso produziu mais energia do que qualquer experimento anterior de fusão por confinamento inercial e prova que a ignição épossí­vel, abrindo caminho para reações que produzem mais energia do que o necessa¡rio para comea§ar.

Os fa­sicos do Imperial College London já estãoajudando a analisar os dados do experimento bem-sucedido, que foi realizado em 8 de agosto de 2021. O Imperial também produziu mais de 30 alunos de doutorado que passaram a trabalhar no NIF. A faculdade mantanãm fortes va­nculos com a instalação e com outras em todo o mundo, por meio do Centro de Estudos de Fusão Inercial (CIFS).

Passo importante para a frente

O codiretor do Centro de Estudos de Fusão Inercial do Imperial, Professor Jeremy Chittenden , disse: “A demonstração de ignição tem sido um grande desafio cienta­fico desde que a ideia foi publicada pela primeira vez háquase 50 anos. Foi a razãoprincipal para a construção do NIF e tem sido seu objetivo principal por mais de uma década.

“Apa³s dez anos de progresso constante para demonstrar a ignição, os resultados dos experimentos no último ano foram mais espetaculares, já que pequenas melhorias na produção de energia de fusão são fortemente amplificadas pelo processo de ignição. O ritmo de melhoria na produção de energia tem sido rápido, sugerindo que podemos alcana§ar em breve mais marcos de energia, como exceder a entrada de energia dos lasers usados ​​para iniciar o processo.

“Isso écrucial para abrir a promessa da energia de fusão e permitir que os fa­sicos investiguem as condições em alguns dos estados mais extremos do Universo, incluindo aqueles poucos minutos após o Big Bang. A fusão controlada em laboratório éum dos maiores desafios cienta­ficos desta era e este éum importante passo em frente. ”

O codiretor do Centro de Estudos de Fusão Inercial do Imperial, Professor Steven Rose , disse: “A equipe do NIF fez um trabalho extraordina¡rio. Este éo avanço mais significativo na fusão inercial desde seu ini­cio em 1972.

"O que foi alcana§ado alterou completamente o cena¡rio de fusão e agora podemos esperar usar plasmas inflamados tanto para descobertas cienta­ficas quanto para produção de energia."

Alcana§ando ignição

O tipo de reação nuclear que abastece as usinas atuais éa fissão - a divisão dos a¡tomos para liberar energia. A fusão, em vez disso, força os a¡tomos de hidrogaªnio a se unirem, produzindo uma grande quantidade de energia e, o que écrucial, limitando os resíduos radioativos.

Por esse motivo, hádécadas busca-se uma forma de criar reações de fusão eficientes para produzir energia limpa com poucos recursos. No entanto, as reações de fusão tem se mostrado difa­ceis de controlar e, atéo momento, nenhum experimento de fusão produziu mais energia do que a que foi aplicada para fazer a reação funcionar.

Embora o último experimento ainda exigisse mais energia para entrar do que para sair, éo primeiro suspeito de atingir o esta¡gio crucial de 'ignição', que permitiu que mais energia fosse produzida do que nunca e abre caminho para 'equila­brio' , onde a energia de entrada écorrespondida pela energia de saa­da.

Existem duas maneiras principais pelas quais os pesquisadores em todo o mundo estãotentando produzir energia de fusão. O NIF se concentra na fusão de confinamento inercial, que usa um sistema de lasers para aquecer pelotas de combusta­vel, produzindo um plasma - uma nuvem de a­ons carregados.

Os pellets de combusta­vel contem versaµes "pesadas" de hidrogaªnio - deutanãrio e tra­tio - que são mais fa¡ceis de fundir e produzir mais energia. No entanto, os pellets de combusta­vel precisam ser aquecidos e pressurizados para as condições encontradas no centro do Sol, que éum reator de fusão natural.

Uma vez que essas condições são alcana§adas, as reações de fusão liberam váriaspartículas, incluindopartículas 'alfa', que interagem com o plasma circundante e o aquecem ainda mais. O plasma aquecido então libera maispartículas alfa e assim por diante, em uma reação autossustenta¡vel - um processo conhecido como ignição.

No entanto, esse processo nunca foi totalmente realizado antes - atéagora. Os resultados do experimento de 8 de agosto indicam uma produção de energia de mais de um mega-joule, o que marca um dos limites acordados para o ini­cio da ignição e éseis vezes a energia mais alta anteriormente alcana§ada.

Pranã-amplificadores, que aumentam a energia dos lasers

O Dr. Arthur Turrell, do Departamento de Fa­sica da Imperial, e autor do livro recanãm-publicado  The Star Builders: Nuclear Fusion and the Race to Power the Planet , disse: "Esta descoberta fenomenal nos aproxima tentadoramente de uma demonstração de 'energia la­quida ganho 'com as reações de fusão - exatamente quando o planeta precisa.

"A equipe da National Ignition Facility, e seus parceiros em todo o mundo, merecem todos os aplausos por superar alguns dos mais tema­veis desafios cienta­ficos e de engenharia que a humanidade já enfrentou. A extraordina¡ria liberação de energia alcana§ada encorajara¡ os esforços de fusão nuclear em todo o mundo , dando impulso a uma tendaªncia que já estava bem encaminhada. "

Territa³rio desconhecido

O professor Chittenden disse: “Embora o NIF seja principalmente um experimento de física e não tenha o objetivo principal de criar energia de fusão, este resultado incra­vel significa que este sonho estãomais perto de ser uma realidade. Provamos agora que épossí­vel alcana§ar a ignição, inspirando outros laboratórios e start-ups ao redor do mundo trabalhando na produção de energia de fusão para tentar realizar as mesmas condições usando um manãtodo mais simples, mais robusto e acima de tudo mais barato. ”

"Entramos em um regime em que nunca estivemos - este éum territa³rio desconhecido em nossa compreensão do plasma".

Dr. Brian Appelbe

A equipe Imperial estãoagora analisando os resultados do experimento, usando manãtodos de diagnóstico que criaram para entender o que estãoacontecendo em tais condições extremas. O Dr. Brian Appelbe , Pesquisador Associado do Centro de Estudos de Fusão Inercial do Imperial, disse: “Os lasers NIF já criaram as condições mais extremas da Terra, mas o novo experimento parece ter dobrado a temperatura anterior alcana§ada. Entramos em um regime em que nunca estivemos - este éum territa³rio desconhecido em nossa compreensão do plasma. ”

O Dr. Aidan Crilly , Pesquisador Associado do Centro de Estudos de Fusão Inercial do Imperial, acrescentou: “A reprodução das condições no centro do Sol nos permitira¡ estudar estados da matéria que nunca fomos capazes de criar em laboratório antes, incluindo aqueles encontrados em estrelas e supernovas.

"Tambanãm podera­amos obter insights sobre os estados qua¢nticos da matéria e atémesmo condições cada vez mais perto do ini­cio do Big Bang - quanto mais quente ficamos, mais perto chegamos do primeiro estado do Universo."

 

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