Fusão nuclear: Experimento coloca plasma em combustão

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/01/2022

Esquema das implosões de fusão inercial atingindo o regime de queima de plasma.
[Imagem: A. B. Zylstra et al. - 10.1038/s41586-021-04281-w]

Plasma em combustão

Pesquisadores do Laboratório Nacional Los Alamos, dos EUA, afirmam ter obtido um plasma em combustão, um passo crítico para extrair energia da fusão nuclear, a mesma energia que alimenta as estrelas.

Um plasma queimando ocorre quando as reações de fusão se tornam a fonte dominante do aquecimento, superando a energia introduzida externamente.

Foi tudo muito, muito rápido, durando aproximadamente 130 picossegundos (10^-12 segundo), o tempo que a luz leva para viajar quatro centímetros. Mas é de fato um passo essencial para se obter a fusão autossustentável dentro de um reator que permita extrair mais energia do que é injetada nele para que a reação funcione.

"Esses experimentos indicam uma transição para um regime físico diferente. A pesquisa [...] marca onde o aquecimento alfa nas reações superou a perda entre radiação e a condução de calor. É um momento emocionante porque estamos no ponto em que ganhos marginais contínuos na forma como conduzimos nossos experimentos levarão a melhorias exponenciais," explicou o pesquisador Hermann Kleinrath, membro da equipe do NIF (National Ignition Facility), onde foi realizado o experimento.

Fusão do combustível

O experimento consistiu em direcionar os 192 feixes de laser do NIF em uma cápsula de dois milímetros contendo o combustível nuclear.

O combustível dentro da cápsula é o deutério-trício, uma parte dele congelada criogenicamente e outra na forma de gás. Deutério e trício são isótopos do hidrogênio, que se fundem para formar hélio. Quando a cápsula é aquecida pelos lasers, ela literalmente implode, fazendo os átomos em seu interior se comprimirem e se fundirem - esta é a fusão nuclear.

A fusão resultante dos núcleos de deutério e trício libera nêutrons e núcleos de hélio, também conhecidos como partículas alfa. Essas partículas depositam sua energia de volta no ponto mais quente da reação e, assim, contribuem para a propagação da queima.

Foi essa reação dominada pelas partículas alfa que foi alcançada durante os 130 picossegundos, o elemento-chave na fusão nuclear autossustentável. Enquanto a reação se sustentou, o plasma em combustão atingiu uma temperatura cerca de três vezes mais quente do que o centro do Sol.

Este é o sensor que detectou a combustão do plasma. Ele mede a queima em função do tempo e fornece informações sobre o desempenho do experimento de fusão.
[Imagem: LANL]

Reduzir a cápsula de combustível

Em Agosto do ano passado, a equipe havia alcançado a ignição da fusão nuclear pela primeira vez. Agora eles fizeram com que ela se sustentasse, ainda que brevemente.

"Estamos bem na escarpa que separa experimentos fracassando versus experimentos entrando no regime de ignição," disse Kleinrath. "Uma vez que você faz a transição para este regime em que o aquecimento alfa está dominando, os ganhos marginais na forma como fazemos o experimento levam a ganhos muito grandes no rendimento."

A próxima rodada de experimentos tentará fazer tudo de novo usando uma cápsula menor, que ofereça menos resistência à fusão dos elementos em seu interior.

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