Fusão nuclear que gerou 10 quatrilhões de watts em reator é detalhada em estudos

Dois novos estudos revelaram os segredos por trás do sucesso do experimento de fusão nuclear do National Ignition Facility (NIF), que bateu o recorde de produção de energia de fusão em agosto de 2021. Os cientistas do Lawrence Livermore National Laboratory’s (LLNL), localizado nos EUA, usaram a técnica de confinamento inercial e obtiveram uma saída de 10 quatrilhões de watts de potência durante 100 trilionésimos de segundo.

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Os estudos também descrevem os experimentos de queima de plasma realizados nos meses anteriores a agosto, que resultaram na produção de 170 quilojoules de energia (a energia recordista foi de 1,3 megajoules) a partir de uma pastilha de apenas 200 microgramas de combustível de hidrogênio.

Para produzir energia de fusão nuclear, os cientistas criam mecanismos para aquecer uma certa quantidade de gás hidrogênio e aplicar sobre ele uma grande quantidade de pressão. Esse processo é uma versão simplificada do que ocorre nas estrelas, que também produzem energia através da fusão de hidrogênio e hélio.

A maior dificuldade de replicar isso na Terra é que não possuímos nenhuma tecnologia capaz de imitar a gravidade e pressão que existe nas estrelas. Por isso, é necessário utilizar energia externa para iniciar a fusão dos núcleos de átomos de hidrogênio. Infelizmente, a energia produzida nos experimentos ainda são inferiores à energia externa usada para fundir os átomos.

Fusão nuclear recordista em energia

Os pesquisadores do NIF conseguiram os 10 quatrilhões de watts moldando cuidadosamente a cápsula de combustível, uma minúscula concha esférica de diamante de policarbonato que envolvia a minúscula pastilha de hidrogênio. Também tiveram que criar um pequeno cilindro de urânio empobrecido (não muito radioativo) revestido com ouro, chamado hohlraum.

A pequena bola de hidrogênio foi atingido por 192 lasers de alta potência, que consomem enormes quantidades de energia e só podem ser disparados uma vez por dia. Essa fonte de energia não é adequada para um reator de fusão real, pois ela teria que vaporizar vários dessas pastilhas de combustível a cada segundo para ter uma saída satisfatória de energia.

Mesmo assim, o experimento em agosto chegou perto de produzir tanta energia quanto aquela que foi usada para realizar a fusão, graças aos novos designs do aparato. Os lasers puderam operar de forma mais eficiente dentro do hohlraum, enquanto o invólucro quente da cápsula se expandia rapidamente para fora e a "bola" de combustível "implodia".

Como resultado, os átomos do hidrogênio que foram atingidos se fundiram a uma temperatura tão alta que aqueceu outras partes da esfera em um plasma. Os artigos que descrevem o experimento poderão ajudar outros físicos de fusão nuclear, independente do método que utilizem. Em outras palavras, os reatores Tokamak, como aquele utilizado na China, também poderão aproveitar os estudos para seus próprios experimentos.

Os dois artigos foram publicados na revista Nature.

Fonte: Nature (1, 2); Via: ScienceAlert