Este pioneiro laboratório de fusão nuclear está se preparando para quebrar mais recordes

Aqui está o que vem a seguir após o avanço da US National Ignition Facility na fusão nuclear no ano passado

No mês passado, o US National Ignition Facility (NIF) disparou seus lasers com potência máxima pela primeira vez desde dezembro, quando alcançou seu objetivo de 'ignição' de décadas, produzindo mais energia durante uma reação nuclear do que consumia. A última corrida não chegou perto de igualar: NIF alcançou apenas 4% da produção que fez no final do ano passado. Mas os cientistas não esperavam isso.

Com base no sucesso do NIF, eles agora estão flexionando os músculos experimentais do programa, tentando entender melhor as capacidades da instalação de fusão nuclear. Aqui, a Nature analisa o que está por vir para o NIF e se isso impulsionará os esforços globais para criar um vasto suprimento de energia limpa para o planeta.

O NIF, baseado no Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) na Califórnia, é uma instalação do tamanho de um estádio que dispara 192 lasers em um minúsculo cilindro de ouro contendo uma cápsula de diamante. Dentro da cápsula está um pellet congelado dos isótopos de hidrogênio, deutério e trítio. Os lasers desencadeiam uma implosão, criando calor e pressão extremos que levam os isótopos de hidrogênio a se fundirem em hélio, liberando energia adicional.

Um dos principais desafios para fazer esse esquema funcionar é fabricar a cápsula de diamante. Mesmo os menores defeitos - marcas do tamanho de bactérias, contaminação de metal ou variações na forma e espessura - afetam a implosão e, portanto, a pressão e o calor que impulsionam as reações de fusão.

Experimentos recordes em 2021 e 2022 usaram as melhores cápsulas disponíveis, mas em março, enquanto esperavam por um novo lote, os cientistas do NIF realizaram um experimento com uma cápsula mais grossa de um lado do que do outro. A modelagem sugeriu que eles poderiam compensar essa imperfeição ajustando os feixes provenientes dos lasers, para produzir uma implosão mais uniforme. Este foi um teste de suas previsões teóricas, diz Richard Town, um físico que dirige o programa de ciência de fusão de confinamento inercial do laboratório no LLNL.

Os resultados ficaram aquém de suas previsões, e os pesquisadores agora estão trabalhando para entender o porquê. Mas se essa linha de investigação compensar, diz Town, "ela abre mais cápsulas para usarmos e melhorará nossa compreensão da implosão".

Os cientistas conseguiram em dezembro aumentar a energia dos lasers e aumentar a espessura da cápsula, o que ajuda a prolongar as reações de fusão. Experimentos ainda este ano seguirão uma estratégia semelhante, diz Annie Kritcher, uma física que está liderando o design da campanha.

A longo prazo, o objetivo é aumentar a quantidade de energia gerada pelas reações de fusão dos 3,15 megajoules criados no ano passado para centenas de megajoules. Town vê um caminho viável para aumentar os rendimentos de energia do NIF para dezenas de megajoules, entre outras coisas, aumentando ainda mais a energia dos lasers indo para o alvo. Mas ele adverte que o NIF pode em breve precisar fazer atualizações substanciais de segurança: a instalação é classificada apenas para rendimentos de fusão de até 45 megajoules. Antes de realizar qualquer experimento que se aproxime desse limite, o laboratório precisará, em locais estratégicos, reforçar as paredes de concreto de quase 2 metros de espessura que contêm a reação.

O NIF nunca foi projetado para ser uma usina de energia. Seu principal objetivo era ajudar os cientistas a verificar se as armas no estoque nuclear dos EUA são confiáveis ​​e seguras, recriando e estudando as reações em seu núcleo. Mas acertar a ignição em dezembro "foi um evento que abre as portas para um programa de energia", diz Stephen Dean, presidente da Fusion Power Associates, um grupo de defesa em Gaithersburg, Maryland.

O experimento recorde produziu cerca de 50% mais energia do que foi entregue ao cilindro de ouro – e, mais importante, quase 13 vezes a energia concentrada no pellet de combustível interno. Para Max Karasik, físico do Laboratório de Pesquisa Naval em Washington DC, isso destaca um caminho potencial que ele e outros estão buscando: alijar o cilindro de ouro e focar os lasers diretamente no pellet de combustível, um projeto experimental conhecido como acionamento direto.