Tecnologia Científica

Marco importante da fusão nuclear alcançado quando a 'ignição' é acionada em um laboratório
A ignição é um 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 pressões extremas encontradas no coração do sol.

"A fusão controlada em laboratório é um dos maiores desafios científicos desta era e este é um importante passo à frente."

Professor Jeremy Chittenden

Isso produziu mais energia do que qualquer experimento anterior de fusão por confinamento inercial e prova que a ignição é possível, abrindo caminho para reações que produzem mais energia do que o necessário para começar.

Os físicos do Imperial College London já estão ajudando 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 mantém fortes vínculos 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 científico desde que a ideia foi publicada pela primeira vez há quase 50 anos. Foi a razão principal para a construção do NIF e tem sido seu objetivo principal por mais de uma década.

“Após 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 alcançar em breve mais marcos de energia, como exceder a entrada de energia dos lasers usados ​​para iniciar o processo.

“Isso é crucial para abrir a promessa da energia de fusão e permitir que os físicos investiguem as condições em alguns dos estados mais extremos do Universo, incluindo aqueles poucos minutos após o Big Bang. A fusão controlada em laboratório é um dos maiores desafios científicos desta era e este é um 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 extraordinário. Este é o avanço mais significativo na fusão inercial desde seu início em 1972.

"O que foi alcançado alterou completamente o cenário de fusão e agora podemos esperar usar plasmas inflamados tanto para descobertas científicas quanto para produção de energia."

Alcançando ignição

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

Por esse motivo, há décadas busca-se uma forma de criar reações de fusão eficientes para produzir energia limpa com poucos recursos. No entanto, as reações de fusão têm se mostrado difíceis de controlar e, até o 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, é o primeiro suspeito de atingir o estágio crucial de 'ignição', que permitiu que mais energia fosse produzida do que nunca e abre caminho para 'equilíbrio' , onde a energia de entrada é correspondida pela energia de saída.

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

Os pellets de combustível contêm versões "pesadas" de hidrogênio - deutério e trítio - que são mais fáceis de fundir e produzir mais energia. No entanto, os pellets de combustível precisam ser aquecidos e pressurizados para as condições encontradas no centro do Sol, que é um reator de fusão natural.

Uma vez que essas condições são alcançadas, as reações de fusão liberam várias partículas, incluindo partículas 'alfa', que interagem com o plasma circundante e o aquecem ainda mais. O plasma aquecido então libera mais partículas alfa e assim por diante, em uma reação autossustentável - um processo conhecido como ignição.

No entanto, esse processo nunca foi totalmente realizado antes - até agora. 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 início da ignição e é seis vezes a energia mais alta anteriormente alcançada.