Lasers poderosos podem desbloquear energia de fusão barata?

22/09/2024 16:44

Nas profundezas do deserto de Nevada, na década de 1980, os EUA realizaram pesquisas secretas sobre armas nucleares.
Entre os experimentos foi um esforço para ver se a fusão nuclear, a reação que alimenta o sol, poderia ser desencadeada na terra em um ambiente controlado.
Os experimentos foram classificados, mas era amplamente conhecido entre os físicos que os resultados tinham sido promissores.
Esse conhecimento chamou a atenção de dois jovens estudantes de pós-graduação que trabalhavam no Laboratório Nacional de Los Alamos no final dos anos 2000, Conner Galloway e Alexander Valys.
O laboratório Los Alamos foi originalmente criado em 1943 como um site ultra-secreto para desenvolver as primeiras armas nucleares.
Localizado perto de Santa Fé, Novo México, é agora uma instalação de pesquisa e desenvolvimento do governo dos EUA.
Quando Alex e eu aprendemos sobre esses testes em Los Alamos, nossa reação foi como uau, a fusão inercial já funcionou!
Pellets em escala laboratorial foram inflamados, os detalhes foram classificados, mas o suficiente foi tornado público que sabíamos que a ignição foi alcançada, diz Galloway.
A fusão nuclear é o processo de fusão de núcleos de hidrogênio, que produz imensas quantidades de energia.
A reação cria hélio e não o resíduo radioativo de longa duração do processo de fissão que é usado em usinas nucleares existentes.
Se a fusão pode ser aproveitada, então promete eletricidade abundante, gerada sem produzir CO2.
Esses testes na década de 1980 levaram o governo dos EUA a construir o National Ignition Facility (NIF) na Califórnia, um projeto para ver se os pellets de combustível nuclear poderiam ser inflamados usando um laser poderoso.
Depois de mais de uma década de trabalho, no final de 2022 pesquisadores do NIF fizeram um avanço.
Os cientistas conduziram o primeiro experimento de fusão controlada para produzir mais energia a partir da reação do que a fornecida pelos lasers que a provocaram.
Enquanto os físicos de todo o mundo se maravilharam com esse avanço, os cientistas do NIF levaram muito mais tempo do que o esperado.
Eles estavam com fome de energia, diz o Sr. Galloway.
Ele não quer dizer que eles precisavam de mais lanches, em vez disso, o laser NIF era apenas poderoso o suficiente para inflamar a pelota de combustível.
Galloway e Valys pensam que lasers mais potentes permitirão construir uma reação de fusão funcional que pode fornecer eletricidade à rede elétrica.
Para isso, eles fundaram a Xcimer, com sede em Denver.
O NIF teve que se contentar com um laser que poderia bombear dois megajoules de energia.
Galloway e Valys estão planejando experimentar lasers que podem fornecer até 20 megajoules de energia.
Achamos que 10 a 12 [megajoules] é o ponto ideal para uma usina comercial, diz o Sr. Galloway.
Tal feixe de laser atingiria a cápsula de combustível com um soco poderoso.
Seria como pegar a energia de um caminhão articulado de 40 toneladas viajando a 60 mph e focá-lo na cápsula do tamanho de centímetros por alguns bilionésimos de segundo.
Lasers mais potentes permitirão que o Xcimer use cápsulas de combustível maiores e mais simples do que o NIF, o que dificultou aperfeiçoá-las.
Xcimer se junta a dezenas de outras organizações ao redor do mundo tentando construir um reator de fusão em funcionamento.
Existem duas abordagens principais.
Esmagar uma pelota de combustível com lasers cai sob a categoria de fusão de confinamento inercial.
A outra maneira, conhecida como fusão de confinamento magnético, usa ímãs poderosos para prender uma nuvem ardente de átomos chamada plasma.
Ambas as abordagens têm desafios de engenharia assustadores a serem superados.
Em particular, como você extrai o calor gerado durante a fusão para que você possa fazer algo útil com ele, como dirigir uma turbina para produzir eletricidade?
Suponho que meu ceticismo é que ainda nem vi um diagrama conceitual persuasivo de como você gerencia o processo de tirar energia enquanto mantém a reação de fusão, diz o professor Ian Lowe, da Griffith University, na Austrália.
Ele passou sua longa carreira trabalhando em pesquisa e política de energia.
Enquanto o Prof. Lowe apoia o desenvolvimento da tecnologia de fusão, ele apenas argumenta que um reator de fusão em funcionamento não virá rápido o suficiente para ajudar a reduzir as emissões de CO2 e combater as mudanças climáticas.
Minha preocupação é que mesmo a visão mais otimista é que teríamos sorte de ter reatores de fusão comercial até 2050.
E muito antes disso, precisamos ter descarbonizado o fornecimento de energia se não fosse derreter o planeta, diz ele.
Outro desafio é que a reação de fusão produz partículas de alta energia que degradam o aço, ou qualquer outro material que alinha o núcleo do reator.
Aqueles na indústria de fusão não negam os desafios de engenharia, mas sentem que podem ser superados.
Xcimer planeja usar uma cachoeira de sal fundido fluindo em torno da reação de fusão para absorver o calor.
Os fundadores estão confiantes de que podem disparar os lasers e substituir as cápsulas de combustível (uma a cada dois segundos) enquanto mantêm esse fluxo.
O fluxo de sal fundido também será espesso o suficiente para absorver partículas de alta energia que poderiam danificar o reator.
Temos apenas dois feixes de laser relativamente pequenos vindo de ambos os lados [da pelota de combustível].
Então você só precisa de uma lacuna no fluxo grande o suficiente para essas vigas, e assim você não precisa desligar e ligar todo o fluxo, diz o Sr. Valys.
Mas quão rapidamente eles podem fazer esse sistema funcionar?
Xcimer planeja experimentar os lasers por dois anos, antes de construir uma câmara alvo, onde eles podem atingir as pelotas de combustível.
O estágio final seria o reator de trabalho, que eles esperam que seja conectado à rede elétrica em meados da década de 2030.
Para financiar a primeira fase de seu trabalho, a Xcimer levantou US $ 100 milhões ( 77 milhões).
O dinheiro será usado para construir uma instalação em Denver e o protótipo do sistema a laser.
Mais centenas de milhões de dólares serão necessários para construir um reator de trabalho.
Mas para os fundadores da Xcimer e outras startups de fusão, a perspectiva de eletricidade barata e sem carbono é irresistível.
Você sabe, isso vai mudar a trajetória do que é possível para o progresso da humanidade, diz o Sr. Valys.

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