Cientistas do NIF alcançam ganhos positivos na fusão nuclear!

O recinto de contenção contendo a bola bombardeada por lasers, no centro do dispositivo de fusão NIF. © Instalação Nacional de Ignição do LLNL

Foi : a equipe da National Ignition Facility (Estados Unidos) conseguiu pela primeira vez obter uma reação de fusão produzindo localmente mais energia do que absorveu. Em 2023, o sucesso é menos extravagante, mas igualmente importante: reproduzir a experiência.

Em dezembro de 2022, os Estados Unidos comemoraram um marco histórico no campo da energia nuclear ao alcançar um avanço significativo com a realização bem-sucedida de uma reação de fusão nuclear autossustentável, comumente referida como “ponto de equilíbrio”, utilizando o estado da situação. equipamento de arte localizado no prestigiado Laboratório Nacional Lawrence Livermore. Esta conquista inovadora foi possível através da utilização da altamente avançada Instalação Nacional de Ignição, que é predominantemente utilizada para a realização de experiências relacionadas com armamento nuclear nos Estados Unidos.

Num ambiente concebido para investigação científica, um conjunto de quase duzentos dispositivos laser (192) colide com uma entidade esférica medindo apenas dois milímetros de diâmetro, dentro da qual residem isótopos de hidrogénio. Estes últimos são fundidos através desses feixes intensos, resultando na formação de átomos de hélio como parte de uma reação que gera energia. No entanto, o objetivo final desta tecnologia reside em alcançar uma reação que produza mais energia do que a inicialmente fornecida pelos lasers – feito alcançado no ano de 2022, quando um ponto de “ponto de equilíbrio” ou ganho positivo foi alcançado, produzindo aproximadamente três megajoules de energia de uma entrada total de pouco mais de dois megajoules dos lasers.

Ajustando um dos conjuntos de laser NIF. Precisão e potência! © LLNL/Instalação Nacional de Ignição NIF

Pegamos o mesmo e começamos de novo

A fim de solidificar a validade da abordagem científica para um método recentemente proposto, é imperativo examinar e confirmar todas as variáveis ​​que contribuem para o seu sucesso observado. Este processo de verificação serve como base essencial para a replicação dos resultados, que constitui a pedra angular do método científico. Os resultados obtidos em 2023 demonstram inequivocamente que a técnica escolhida produz de facto resultados fiáveis.

O Mecanismo Nacional de Ignição (NIF) registou três casos em que ultrapassou os pontos de equilíbrio e alcançou resultados favoráveis ​​durante o ano em curso, incluindo um caso durante o Verão e mais dois em Outubro. No dia 29 de Julho, os lasers da instalação geraram impressionantes 3,88 Megajoules de energia através de reacções de fusão nuclear, o que representa uma conquista substancial, uma vez que demonstra que estes ganhos foram derivados de princípios científicos bem documentados e não de mera coincidência ou factores desconhecidos.

Entenda melhor as reações

Na verdade, digno de nota é o facto de os primeiros seis meses de 2023 terem sido repletos de complicações na Instalação Nacional de Ignição. Apesar de vários esforços experimentais previstos para produzir resultados favoráveis, eles acabaram por se revelar inconclusivos; por exemplo, em Junho, os investigadores projectaram um rendimento de 3 megajoules, mas registaram apenas 1,6 seguido de 1. A discrepância exigiu uma reavaliação dos parâmetros e da abordagem. Os pesquisadores identificaram pequenas flutuações durante a ativação de feixes de laser de alta intensidade como fatores-chave que afetam o resultado. Especificamente, quando um segmento atinge o alvo antes dos outros, causa um desequilíbrio sutil que impacta negativamente a reação de fusão.

Por outro lado, estima-se que se a sincronização fosse perfeita na nossa experiência, poderíamos potencialmente alcançar um ganho positivo de 3,5 megajoules, o que equivale a aproximadamente 7 megajoules. Observou-se também que o desempenho dos lasers melhora ao longo do tempo, passando de fornecer 2,2 megajoules inicialmente para 2 megajoules até o final do ano. É importante notar que outros grupos de pesquisa estão se concentrando em refinar o design e a configuração do recipiente esférico que abriga os isótopos de hidrogênio, bem como em explorar abordagens inovadoras para maximizar o rendimento.

Instalação destinada a testes de fusão no NIF. © Instalação Nacional de Ignição do LLNL

Progresso em pequenos passos

Os avanços na fusão nuclear, embora procedam a um ritmo considerado glacial por muitos, são cuidadosamente acompanhados por instituições globais em todo o mundo. Apesar de numerosos anos de experiência, vastas instalações e uma melhor compreensão dos conceitos fundamentais, este campo permanece em seu estágio inicial. Prevê-se que a sua contribuição para a produção de energia eléctrica cresça substancialmente nas próximas décadas, desde que as empresas privadas cumpram com entusiasmo os prazos prometidos. No entanto, estas conquistas incrementais têm uma importância considerável, especialmente no domínio da investigação… Além disso, a Instalação Nacional de Ignição (NIF) e as tecnologias de confinamento baseadas em laser continuam a demonstrar um desempenho superior em comparação com métodos alternativos, como evidenciado pelos recentes avanços em 2023.

Além dos Tokamaks, abordagens alternativas como Espelhos Magnéticos e Stellarators também permitem a exploração de várias facetas da pesquisa de fusão, incluindo confinamento prolongado de plasma em altas potências, registros de temperatura e cenários robustos para contenção e conversão de energia. Avanços notáveis, como os feitos pela National Ignition Facility, demonstraram resultados reprodutíveis que foram previamente previstos após décadas de estudo. A Secretária de Energia dos EUA, Jennifer Granholm, reconheceu a utilização da energia de fusão como um dos formidáveis ​​desafios tecnológicos do século atual.

Fonte: CNN

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