Rumo à energia do futuro: Cientistas demonstram novo caminho para usina de fusão
A fusão nuclear, um processo semelhante ao que ocorre no sol, tem sido há muito tempo considerada uma fonte de energia ideal devido ao seu potencial de segurança, limpeza, acessibilidade e confiabilidade.
Desde a década de 1960, os cientistas vêm explorando a possibilidade de usar lasers de alta potência para comprimir material termonuclear a fim de atingir a ignição. A ignição é o ponto em que a saída de energia da fusão inercial supera a energia entregue ao alvo. Em dezembro de 2022, a ignição foi alcançada com sucesso no National Ignition Facility, mas ainda existem desafios significativos a serem superados para tornar a energia de fusão tecnicamente e comercialmente viável para uso generalizado.
Pesquisadores do Laboratório de Energética a Laser da Universidade de Rochester (LLE) realizaram uma demonstração experimental inovadora de um método chamado formação dinâmica de casca, que poderia contribuir para o desenvolvimento de uma usina de energia de fusão. Os resultados da pesquisa, liderada por Igor Igumenshchev e Valeri Goncharov do LLE, foram publicados em um artigo no Physical Review Letters.
A abordagem tradicional para a energia de fusão inercial envolve congelar uma pequena quantidade de combustível de hidrogênio, especificamente os isótopos deutério e trítio, em uma casca esférica sólida. Essa casca é então submetida a bombardeio de lasers, resultando em temperaturas e pressões extremas no centro do combustível. Uma vez que essas condições são alcançadas, a casca entra em colapso e passa por fusão, liberando uma quantidade tremenda de energia que pode ser aproveitada para geração de energia. No entanto, a fabricação de alvos de fusão usando o processo criogênico convencional é caro e desafiador.
A formação dinâmica de casca oferece uma alternativa mais viável e econômica para a criação de alvos de fusão. Nesse método, uma gota líquida contendo deutério e trítio é injetada em uma cápsula de espuma. Quando exposta a pulsos de laser, a cápsula se transforma em uma casca esférica, que então implode e colapsa, levando à ignição da fusão. Ao contrário dos métodos convencionais, a formação dinâmica de casca não requer o processo caro de criogenia, pois utiliza alvos líquidos. Essa abordagem também simplifica a produção de alvos.
Embora a formação dinâmica de casca tenha sido proposta inicialmente por Goncharov em um artigo de 2020, este estudo representa a primeira demonstração experimental do conceito. Em um experimento de prova de conceito em escala reduzida, Igumenshchev, Goncharov e seus colegas utilizaram o laser OMEGA do LLE para moldar uma esfera de espuma de plástico com a mesma densidade que o combustível líquido de deutério-trítio em uma casca, marcando um passo crucial para a realização da formação dinâmica de casca.
Para alcançar a fusão usando essa técnica em uma escala maior, pesquisas adicionais são necessárias, incluindo o uso de lasers com pulsos mais longos e energéticos. No entanto, o experimento atual sugere que a formação dinâmica de casca poderia ser um caminho viável para reatores práticos de energia de fusão.
“Ao combinar esse conceito de alvo com um sistema de laser altamente eficiente que está sendo desenvolvido no LLE, podemos estabelecer uma rota promissora para alcançar a energia de fusão”, diz Igumenshchev. [Phys]
