Os pesquisadores descobrem que os íons se comportam de maneira diferente nas reações de fusão.
Os íons se comportam de maneira diferente nas reações de fusão do que o esperado anteriormente, de acordo com novas descobertas de cientistas do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL). Esta descoberta fornece informações cruciais para o projeto futuro de uma fonte de energia de fusão a laser.
As descobertas, intituladas “Evidências de distribuição supratérmica de íons em plasmas ardentes”, foram apresentadas em um novo artigo publicado na edição de 14 de novembro da Nature Physics.
O trabalho revela que as medições de energia de nêutrons nos experimentos de fusão de confinamento inercial (ICF) de queima de alto rendimento e ignição mostraram que uma energia média de nêutrons maior do que a esperada é produzida para um plasma de deutério-trítio (D-T) que está em equilíbrio térmico.
“Isso implica que os íons em fusão têm mais energia do que o esperado nas fotos de maior desempenho, algo que não é previsto – ou capaz de ser previsto – pelos códigos hidrodinâmicos de radiação normais usados para simular implosões ICF”, disse Alastair Moore, Físico do LLNL e principal autor do artigo.
Embora os pesquisadores não tenham uma compreensão clara do que está impulsionando essa observação, é uma das medições mais diretas dos íons em fusão e não é capturada pelas simulações usadas para entender como melhorar as implosões do ICF e fornecer o Missão do laboratório gerar uma plataforma de ignição robusta e confiável.
Moore explica que a medição descrita no artigo é um pouco como o desvio Doppler que resulta na mudança de tom ouvida quando um veículo de emergência passa com a sirene ligada.
“Nas implosões da National Ignition Facilty (NIF), se os íons de deutério e trítio estiverem se movendo em direção ao detector quando ocorre uma reação de fusão, observamos uma energia mais alta – ou ‘tom’ – nêutron da reação”, disse Moore. “Isso nos permite diagnosticar desequilíbrios importantes na simetria da unidade e da cápsula que podem levar a um desempenho de implosão ruim, porque alguns detectores medem energia média de nêutrons mais alta do que outros”.
Isso também dá aos pesquisadores uma janela para o quão quente é o plasma. Para um plasma mais quente, os íons estão, em média, se movendo mais rápido em todas as direções, de modo que os íons de deutério e trítio colidem a uma velocidade mais alta e essa energia extra é compartilhada entre o nêutron e a partícula alfa liberada pela reação.
“Isso significa que todos os detectores medem uma velocidade média de nêutrons mais alta; porque é visto em todos os detectores, chamamos de velocidade isotrópica, mas é realmente uma medida da energia extra disponível quando os íons de deutério e trítio colidem”, disse Moore. “Por isso, é uma medição direta dos íons que estão em fusão.”
Para um plasma térmico, existe uma relação fixa entre como essa energia extra muda para o aumento da temperatura.
“O que é fascinante sobre esse resultado é que descobrimos que, para reações DT, as implosões NIF excedem essa relação quando começam a queimar e inflamar, indicando que os íons têm mais energia do que o esperado com base na temperatura do plasma que medimos, o que nos levou a o termo supratérmico”, disse Moore.
Pesquisadores observam anos de dados
A observação para a pesquisa baseou-se no trabalho de muitas pessoas na equipe de diagnóstico nuclear do NIF nos últimos 5 a 10 anos. Moore disse que o trabalho foi possível graças ao desenvolvimento de medições de alta precisão de última geração usando os cinco espectrômetros de tempo de vôo de nêutrons no NIF.
A criação da nova tecnologia de detector Cherenkov nToF significou que os pesquisadores foram capazes de medir a velocidade com apenas uma incerteza de 5 quilômetros por segundo. Esta é uma precisão de 1 parte em 10.000, sem a qual este efeito não teria sido observado.
Para colocar isso em contexto, a energia média dos nêutrons gerados pela reação de fusão DT no ICF significa que eles viajam a uma taxa de mais de 51.000 quilômetros por segundo. Isso equivale a viajar de São Francisco a Nova York em menos de um décimo de segundo.
Os dados do artigo foram enviados antes do resultado de 1,35MJ em agosto de 2021 e os pesquisadores continuam a ver resultados empolgantes que continuam essa tendência de desvio das expectativas à medida que passamos dos experimentos de queima para ignição.
“Uma explicação para o resultado é que os íons D e T não estão em equilíbrio”, disse Moore. “Recursos de simulação mais avançados são necessários para entender melhor isso e estamos trabalhando com colaboradores do Los Alamos National Laboratory, Imperial College London e MIT para aplicar esses recursos para entender esse problema.”
Publicado em 02/12/2022 01h34
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