Um marco importante foi atingido na busca pela energia de fusão.
Pela primeira vez, uma reação de fusão atingiu um recorde de produção de energia de 1,3 megajoule – e pela primeira vez, excedendo a energia absorvida pelo combustível usado para acioná-la.
Embora ainda haja um caminho a percorrer, o resultado representa uma melhoria significativa em relação aos rendimentos anteriores: oito vezes maior do que os experimentos realizados apenas alguns meses antes e 25 vezes maior do que os experimentos realizados em 2018. É uma grande conquista.
Físicos da National Ignition Facility no Lawrence Livermore National Laboratory enviarão um artigo para avaliação por pares.
“Este resultado é um passo histórico para a pesquisa de fusão de confinamento inercial, abrindo um regime fundamentalmente novo para a exploração e o avanço de nossas missões críticas de segurança nacional. É também um testemunho da inovação, engenhosidade, comprometimento e coragem desta equipe e da muitos pesquisadores neste campo ao longo das décadas que perseguiram firmemente este objetivo “, disse Kim Budil, diretor do Laboratório Nacional Lawrence Livermore.
“Para mim, isso demonstra uma das funções mais importantes dos laboratórios nacionais – nosso compromisso implacável em enfrentar os maiores e mais importantes desafios científicos e encontrar soluções onde outros possam ser dissuadidos pelos obstáculos.”
A fusão de confinamento inercial envolve a criação de algo como uma pequena estrela. Ele começa com uma cápsula de combustível, consistindo de deutério e trítio – isótopos mais pesados do hidrogênio. Esta cápsula de combustível é colocada em uma câmara oca de ouro do tamanho de uma borracha de lápis chamada hohlraum.
Então, 192 feixes de laser de alta potência são lançados no hohlraum, onde são convertidos em raios-X. Esses raios X implodem a cápsula de combustível, aquecendo-a e comprimindo-a em condições comparáveis às do centro de uma estrela – temperaturas superiores a 100 milhões de graus Celsius (180 milhões de Fahrenheit) e pressões superiores a 100 bilhões de atmosferas terrestres – transformando o combustível cápsula em uma pequena bolha de plasma.
E, assim como o hidrogênio se funde em elementos mais pesados no coração de uma estrela da sequência principal, o mesmo ocorre com o deutério e o trítio na cápsula de combustível. Todo o processo ocorre em apenas alguns bilionésimos de segundo. O objetivo é atingir a ignição – um ponto no qual a energia gerada pelo processo de fusão excede a entrada total de energia.
A experiência, conduzida em 8 de agosto, ficou um pouco abaixo dessa marca; a entrada dos lasers foi de 1,9 megajoules. Mas ainda é tremendamente empolgante, porque de acordo com as medições da equipe, a cápsula de combustível absorveu cinco vezes menos energia do que gerou no processo de fusão.
Isso, segundo a equipe, é o resultado de um trabalho meticuloso de refinamento do experimento, incluindo o design do hohlraum e da cápsula, precisão do laser aprimorada, novas ferramentas de diagnóstico e alterações de design para aumentar a velocidade de implosão da cápsula, que transfere mais energia para o ponto de acesso de plasma no qual a fusão ocorre.
“Obter acesso experimental à queima termonuclear em laboratório é o culminar de décadas de trabalho científico e tecnológico que se estende por quase 50 anos”, disse Thomas Mason, diretor do Laboratório Nacional de Los Alamos.
“Isso permite experimentos que verificarão a teoria e simulação no regime de alta densidade de energia com mais rigor do que nunca e possibilitará conquistas fundamentais em ciência aplicada e engenharia.”
A equipe planeja conduzir experimentos de acompanhamento para ver se eles podem replicar seus resultados e estudar o processo em mais detalhes. O resultado também abre novos caminhos para a pesquisa experimental.
Os físicos também esperam descobrir como aumentar ainda mais a eficiência energética. Muita energia é perdida quando a luz do laser é convertida em raios X dentro do hohlraum; uma grande proporção da luz laser, em vez disso, vai para o aquecimento das paredes do hohlraum. Resolver este problema nos levará mais um passo significativo mais perto da energia de fusão.
Nesse ínterim, porém, os pesquisadores estão tremendamente entusiasmados.
“Alcançar a ignição em um laboratório continua sendo um dos grandes desafios científicos desta era e este resultado é um passo importante em direção a esse objetivo”, disse o físico Johan Frenje, do Centro de Fusão e Ciência de Plasma do MIT.
“Também permite a exploração de um regime fundamentalmente novo que é extremamente difícil de acessar experimentalmente, aumentando nossa compreensão dos processos de ignição e queima por fusão, o que é fundamental para validar e aprimorar nossas ferramentas de simulação em apoio ao gerenciamento de estoques.
“Além disso, o resultado é histórico, pois representa a culminação de muitas décadas de trabalho árduo, inovação e engenhosidade, trabalho em equipe em grande escala e foco implacável no objetivo final.”
Publicado em 05/12/2021 11h41
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