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Ver para onde a energia vai impulsiona fusão nuclear

Ver para onde a energia vai impulsiona fusão nuclear
Visualização do fluxo de energia está impulsionando técnica de fusão nuclear conhecida como ignição rápida. [Imagem: HEDPG/UC San Diego]

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vários projetos de fusão nuclear em andamento, ainda que a física e a engenharia necessárias para criar uma "estrela artificial" não estejam completamente compreendidas.

A fusão a laser, por exemplo, alcançou patamares importantes no caminho rumo à produção da fusão nuclear propriamente dita, mas os pesquisadores ainda estão tentando descobrir formas de concentrar a energia do laser e fazer o alvo fundir-se por igual.

Agora, uma equipe da Universidade da Califórnia de San Diego, nos EUA, descobriu uma técnica para "ver" onde a energia está indo durante o processo de ignição que deverá levar à fusão dos núcleos de deutério e trício, ambos isótopos do hidrogênio, em um núcleo de hélio, liberando quantidades enormes de energia.

Isso poderá ajudar no desenvolvimento das cápsulas - as chamadas hohlraum - contendo o combustível para a fusão nuclear, que têm insistido em se comprimir de forma desigual, impedindo a geração da energia necessária para que os átomos se fundam.

Imagem da energia

A técnica consiste na inserção de átomos de cobre dentro da cápsula de combustível.

Quando o feixe de laser de alta intensidade atinge a cápsula, comprimindo-a, isso gera elétrons de alta energia que atingem os átomos de cobre, fazendo-os emitir raios X, que então são capturados para gerar uma imagem.

"Antes de desenvolvermos esta técnica, era como se estivéssemos olhando no escuro. Agora podemos entender melhor onde a energia está sendo depositada para que possamos investigar novos projetos experimentais para melhorar a transferência da energia para o combustível," disse Christopher McGuffey, coordenador da equipe.

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Para iniciar a fusão nuclear, a cápsula de combustível precisa ser comprimida por igual. [Imagem: L. C. Jarrott et al. - 10.1038/nphys3614]

E parece estar dando resultado. Ao testar a nova técnica, a equipe já conseguiu bater o recorde de eficiência na transferência de energia entre o laser e a cápsula de combustível, que chegou aos 7%.

Se parece pouco, isso é quatro vezes mais do que havia sido conseguido anteriormente. E os cálculos teóricos indicam ser possível alcançar 15% com a técnica utilizada, embora isso ainda precise ser aferido em novos experimentos.

Ignição rápida

A técnica conhecida como ignição rápida para iniciar a fusão nuclear consiste em duas etapas.

Em primeiro lugar, centenas de lasers comprimem a cápsula de combustível, cheia de deutério e trício, que atingem uma densidade extremamente elevada.

Em seguida, um laser de alta intensidade fornece energia para aquecer rapidamente o combustível comprimido, fazendo-o "inflamar", disparando a fusão nuclear.

O laboratório NIF (National Ignition Facility), nos Estados Unidos, está à frente no desenvolvimento da técnica de ignição rápida para fusão nuclear, mas os japoneses entraram firmes no páreo com a construção do laser mais potente do mundo, capaz de disparar 2 petawatts.

Bibliografia:

Visualizing fast electron energy transport into laser-compressed high-density fast-ignition targets
L. C. Jarrott, M. S. Wei, C. McGuffey, A. A. Solodov, W. Theobald, B. Qiao, C. Stoeckl, R. Betti, H. Chen, J. Delettrez, T. Döppner, E. M. Giraldez, V. Y. Glebov, H. Habara, T. Iwawaki, M. H. Key, R. W. Luo, F. J. Marshall, H. S. McLean, C. Mileham, P. K. Patel, J. J. Santos, H. Sawada, R. B. Stephens, T. Yabuuchi, F. N. Beg
Nature Physics
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nphys3614




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