O HB11 está se aproximando da fusão nuclear de um ângulo totalmente novo, usando lasers de alta potência e alta precisão em vez de temperaturas de cem milhões de graus para iniciar a reação. Sua primeira demonstração produziu 10 vezes mais reações de fusão do que o esperado, e a empresa diz que agora é “a única entidade comercial a conseguir a fusão até agora”, tornando-se “a pioneira global na corrida para comercializar o santo graal da energia limpa”.
Já cobrimos detalhadamente as inovações de fusão a laser de hidrogênio-boro da empresa australiana HB11, mas vale a pena resumir brevemente o que torna essa empresa tão diferente do resto do campo. Para esmagar os átomos com força suficiente para fazê-los se fundirem e formar um novo elemento, você precisa superar as forças repulsivas incrivelmente fortes que separam dois núcleos carregados positivamente. É como jogar ímãs poderosos um no outro no espaço, na esperança de esmagar dois pólos norte juntos em vez de fazê-los dançar para fora do caminho um do outro.
O Sol consegue isso por ter uma enorme quantidade de átomos de hidrogênio empacotados em um plasma que é superaquecido a dezenas de milhões de graus em seu núcleo. O calor é uma medida de energia cinética – quão rápido um grupo de átomos ou moléculas está se movendo ou vibrando. A essas temperaturas, os átomos de hidrogênio estão se movendo tão rápido que se chocam e se fundem, liberando a energia que aquece nosso planeta.
A maioria dos projetos de reatores de fusão visa replicar essas condições, confinando magneticamente átomos de hidrogênio em um plasma e, em seguida, usando girotrons e outros equipamentos especializados para criar pequenos bolsões de temperaturas insanas – acima de 100 milhões °C (180 milhões °F) – nas quais eles espero que eles consigam colisões aleatórias suficientes entre os núcleos para criar uma reação em cadeia. Essa é a ideia básica que sustenta os projetos multibilionários de stellarator e tokamak que dominaram a pesquisa de fusão por décadas.
O HB11 está usando uma abordagem diferente, mais próxima de uma tacada de sinuca. Não requer grandes quantidades de calor ou combustíveis radioativos complicados como o trítio. Em vez disso, ele tira proveito dos avanços recentes em lasers de “amplificação de pulso sonoro” de ultra-alta potência que podem produzir níveis de potência monstruosos e sem precedentes acima de 10 petawatts.
Um reator HB11 seria uma esfera de metal praticamente vazia, com uma pastilha de combustível de boro “de tamanho modesto” no meio e aberturas em dois pontos na esfera para um par de lasers. Um laser, em combinação com uma bobina capacitiva, é usado para estabelecer um poderoso campo magnético de contenção de kilotesla para o plasma, e o segundo é usado para acelerar massivamente os átomos de hidrogênio através da amostra de boro. Então você não está aquecendo as coisas na esperança de que elas se batam em velocidade, você está literalmente mirando o hidrogênio direto no boro e usando esses lasers de ponta para fazê-lo ir tão rápido que se fundirá se atinge um núcleo.
A fusão hidrogênio-boro não cria calor, apenas cria átomos de hélio “nus” ou partículas alfa, que estão faltando elétrons e, portanto, carregadas positivamente. O HB11 planeja simplesmente coletar essa carga para gerar energia, em vez de precisar superaquecer o vapor e acionar turbinas com perdas. Nenhum resíduo nuclear é criado.
Experimentos iniciais em reações em cadeia acionadas por laser retornaram taxas de reação um bilhão de vezes maiores do que o previsto, levando o HB11 a afirmar em 2020 que “tem uma grande chance de atingir a meta de ganho líquido de energia bem à frente de outros grupos”.
“Como não estamos tentando aquecer combustíveis a temperaturas impossivelmente altas, estamos evitando todos os desafios científicos que retiveram a energia de fusão por mais de meio século”, disse o diretor administrativo do HB11, Dr. Warren McKenzie, na época. “Isso significa que nosso roteiro de desenvolvimento será muito mais rápido e barato do que qualquer outra abordagem de fusão”.
Você pode ver por que esta é uma empresa muito interessante para ficar de olho, e as notícias de hoje dão mais credibilidade acadêmica à ideia. Em um novo estudo de pesquisa, liderado pelo HB11 Energy Lead Scientist Dimitri Batani e colaborador Daniele Margarone e financiado pelo Ministério da Educação, Juventude e Esportes da República Tcheca e pelo consórcio EUROfision da UE, a tecnologia do HB11 foi demonstrada no Instituto de Engenharia Laser da Universidade de Osaka.
O estudo, publicado na revista científica Applied Sciences, mostrou o que o HB11 afirma ser um “primeiro número ‘material’ de reações de fusão por uma empresa privada, produzindo dez vezes mais reações de fusão do que o esperado com base em experimentos anteriores ao mesmo tempo. instalação.”
A configuração experimental organizou um laser de pulso curto, de alta energia, classe petawatt, ajustado para “intensidades relativísticas” em torno de 3 x 1019 W/cm2. Este foi focado na superfície de um pedaço de nitreto de boro com 0,2 mm de espessura. Um espectrômetro de parábola de Thompson foi colocado abaixo para medir as emissões de plasma de prótons/íons, e os íons de plasma foram desviados por campos elétricos e magnéticos paralelos para serem registrados em uma placa de imagem. Um detector de trilha nuclear foi usado para contar quantas partículas alfa foram criadas por fusão.
“Os resultados apresentados neste trabalho”, diz o estudo, “fornecem a primeira prova de demonstração experimental de princípio da geração eficiente de partículas ? a partir da fusão p-B usando um laser de classe PW e a geometria “in-target”. O fluxo de partículas ? foi de cerca de 1010/sr, portanto, uma ordem de grandeza maior do que os resultados anteriores que foram obtidos com os mesmos parâmetros de laser, mas na geometria “arremessador-coletor”. Essa conquista está alinhada com o progresso experimental em p-B fusão que foi relatada nos últimos 15 anos e confirma a vantagem de desencadear reações de fusão p-B usando um esquema de irradiação direta, pelo menos em termos de fluxo de partículas ?”.
Os pesquisadores fizeram uma estimativa “crua” de que cerca de 1,4 x 1011 partículas alfa foram criadas por fusão, observando que essa era uma “clara subestimação” devido a limitações diagnósticas. Eles observaram que “a eficiência geral de conversão do processo (energia de laser para partícula alfa) ainda era baixa”, em cerca de 0,005%, mas afirmaram que os resultados “permitiram o suporte qualitativo do mecanismo básico” e ofereceram muitos caminhos para mais pesquisa.
“A demonstração das reações de fusão por si só é incrivelmente emocionante”, disse McKenzie em um comunicado à imprensa. “Mas, além disso, o número inesperadamente alto de reações também nos fornece informações importantes sobre como otimizar nossa tecnologia para aumentar ainda mais a energia de fusão que podemos criar”.
“A pesquisa da HB11 Energy demonstrou que sua tecnologia de energia de hidrogênio-boro está agora a quatro ordens de magnitude de alcançar o ganho líquido de energia quando catalisada por um laser”, diz o comunicado de imprensa. “Isso é muitas ordens de magnitude maior do que as relatadas por qualquer outra empresa de fusão, a maioria das quais não gerou nenhuma reação, apesar de bilhões de dólares investidos no campo. Os resultados mostram um grande potencial para geração de energia limpa: reações de hidrogênio-boro usam combustíveis que são seguros e abundantes, não criam nêutrons na reação primária, causando quantidades insignificantes de resíduos de curta duração e podem fornecer energia em larga escala para eletricidade de rede de carga básica ou geração de hidrogênio”.
“Com a HB11 Energy sendo a única entidade comercial a alcançar a fusão até agora”, continua o comunicado, “agora é a líder global na corrida para comercializar o santo graal da energia limpa”.
A empresa também aproveitou a ocasião como uma oportunidade para estimular o governo australiano por mais suporte e equipamentos locais – especificamente pedindo investimento em uma instalação de laser da classe petawatt.
Publicado em 02/04/2022 08h43
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