Quando a fusão se torna rotina: os cientistas do LLNL lançaram reações de fusão com produção de energia positiva três vezes este ano

Em dezembro passado, após décadas de experimentação, cientistas nos Estados Unidos alcançaram pela primeira vez um rendimento energético positivo no processo de uma reação de fusão termonuclear usando ignição a laser. Este ano esta operação foi repetida três vezes e cada vez com a produção de energia excedendo a energia gasta. A repetibilidade tornou-se a melhor prova de que os cientistas estão no caminho certo e alcançarão um sucesso ainda maior no futuro.

Fonte da imagem: LLNL

Hoje, os reatores termonucleares mais promissores são considerados os tokamaks – reatores com câmara em forma de rosca. Isto predeterminou a escolha do projeto para a construção do primeiro reator termonuclear experimental de grande escala ITER na França. Mas existem outras maneiras de desencadear uma reação termonuclear. Por exemplo, com a ajuda de lasers, se a sua energia estiver suficientemente concentrada no combustível. Em última análise, precisamos forçar os átomos de hidrogénio a superar a repulsão de Coulomb e a aproximarem-se uns dos outros para começarem a interagir. Os métodos e energias escolhidos para este fim ficam à escolha dos experimentadores. Pode ser gravidade, temperatura ou radiação.

Aparência do alvo – hohlraum

A instalação do National Ignition Facility (NIF) no Laboratório Nacional Lawrence Livermore. E. Lawrence (LLNL) usa 192 lasers direcionados a um alvo contendo combustível. Um pellet de combustível menor que um grão de pimenta é colocado em um recipiente especial – um hohlraum. Os lasers atingem as paredes do hohlraum e excitam raios X nelas. O combustível está no centro óptico dos raios X e dos feixes de laser. A concentração de energia, combinada com fenômenos de choque e inercial, atinge tal valor que os núcleos do combustível começam a se fundir e liberar energia.

Para obter benefícios práticos de tudo isso, a energia de fusão de saída deve ser superior ao nível de energia gasto na ignição. Isto foi alcançado pela primeira vez em dezembro de 2022. 2,05 MJ de energia caíram sobre o alvo e, como resultado da reação, os cientistas receberam 3,15 MJ. Ao mesmo tempo, é necessário entender que o bombeamento dos lasers e o suporte de todos os equipamentos de instalação exigiam algumas ordens de grandeza a mais de energia. A instalação mostrou apenas que uma saída positiva é possível no nível de reação.

Instalação NIF

O experimento foi repetido em 30 de julho deste ano. O valor da energia de saída atingiu 3,5 MJ (segundo outras fontes, 3,88 MJ). Isto provou que o resultado de dezembro não foi por acaso. Os cientistas então repetiram a reação novamente em outubro e novembro. Poderíamos até dizer que o envenenamento termonuclear se tornou uma rotina para eles. Contudo, em cada caso, são coletados dados sobre o progresso da reação e as configurações da planta, o que proporciona uma experiência valiosa para melhorias práticas tanto da planta quanto do processo.

Já o segundo experimento mostrou que a eficiência da reação utilizando o complexo NIF pode ser melhorada. Em última análise, será possível alcançar energia termonuclear pura e infinita ao longo desta estrada, e não apenas ao longo do caminho dos tokamaks.