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Pesquisadores próximos de realizar a fusão nuclear em laboratório

Equipamentos do National Ignition Facility. Juntos, os lasers disparados transferem 1.8 megajoules de energia e 500 terawatts de força. Foto: Damien Jemison/LLNL

Equipamentos do National Ignition Facility. Juntos, os lasers disparados transferem 1.8 megajoules de energia e 500 terawatts de força. Foto: Damien Jemison/LLNL

O sonho de iniciar uma reação de fusão nuclear autossustentável que produza altíssimos níveis de energia, feito comparável à criação de uma estrela em miniatura em laboratório, está cada vez mais perto de se realizar, de acordo com artigo publicado no periódico Physics of Plasmas.

Cientistas do National Ignition Facility (NIF) anunciaram ter atingido diversas metas no caminho para a realização do seu objetivo final, a obtenção da fusão nuclear, desde que os experimentos começaram em 2010. No entanto, eles reconhecem que existe ao menos mais um obstáculo a ser superado.

O projeto do National Ignition Facility inclui parceiros do Laboratório de Energia a Laser e Atômica Geral da Universidade de Rochester, dos laboratórios nacionais de Los Alamos e Sandia e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT).

Exemplo de hohlraum banhado a ouro utilizado no NIF. Foto: Wikipedia

Para se chegar à ignição — ponto em que a reação de fusão produz mais energia do que foi necessário para iniciá-la — o NIF foca 192 raios laser simultaneamente com pulsos de duração de bilionésimos de segundo na direção de um cilindro oco resfriado como o que aparece na foto ao lado, que se chama hohlraum (palavra de origem alemã que significa “cavidade”).

Dentro do hohlraum se encontra uma pequena cápsula contendo dois isótopos de hidrogênio. Por isótopos, leia-se “variantes de um elemento químico que diferem umas das outras quanto ao número de nêutrons do átomo”. Por exemplo, no experimento com raios laser do NIF utilizam-se os isótopos deutério e trítio, que contém 1 e 2 nêutrons, respectivamente. Então, os lasers transmitem 1.8 megajoules de energia e 500 terawatts de força (mil vezes o que é consumido nos Estados Unidos em um momento qualquer) para o hohlraum, criando uma “fornalha de raios-X” que implode a cápsula de deutério-trítio em condições de temperatura e pressão semelhantes às encontradas no centro do Sol.

John Edwards, pesquisador do NIF, diz que a intenção dos estudiosos é “usar os raios-X para explodir a camada externa da cápsula de uma maneira muito controlada a fim de que a esfera de D-T seja comprimida nas condições corretas para iniciar a reação de fusão”. Edwards avalia que a equipe de pesquisadores reuniu muitos dos requisitos que, acredita-se, são necessários para a ignição: intensidade suficiente dos raios-X no hohlraum, transferência de energia eficaz e níveis desejáveis de compressão. Porém, ainda há um obstáculo fundamental a ser superado, qual seja, a quebra prematura da cápsula.

No artigo publicado no Physics of Plasmas, Edwards e seus pares discorrem sobre o modo como vêm utilizando ferramentas de diagnóstico para determinar as prováveis causas do problema: “[e]m alguns testes de ignição, nós medimos a dispersão dos nêutrons liberados e encontramos diferentes sinais de força em diferentes pontos ao redor da cápsula de D-T”. Segundo Edwards, isto indica que a superfície externa da cápsula não é uniformemente lisa e que, em alguns locais, é mais fina e fraca do que em outros.

Além disso, outros experimentos sugerem que o combustível de deutério-trítio e sua cápsula estavam se misturando demais como resultado da instabilidade hidrodinâmica, o que pode extinguir a ignição.

Agora, a equipe se concentra na definição da natureza exata da instabilidade mencionada para que se possa desenvolver um modelo de cápsula aprimorado e mais resistente. Para Edwards, chegar a este marco deve abrir o caminho para avanços na ignição em laboratório.

Fonte: Phys.org

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This entry was posted on 24 de Setembro de 2013 by in Ciência e Tecnologia, Física and tagged , , , , , .

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