Cientistas conseguiram fusão nuclear autossustentável, mas agora não podem replicá-la: ScienceAlert

Os cientistas confirmaram no ano passado que conseguiram, pela primeira vez no laboratório, uma reação de fusão que se autoperpetua (em vez de fracassar) – aproximando-nos da replicação da reação química que alimenta o Sol.

No entanto, eles não têm certeza de como recriar o experimento.

fusão nuclear é formado quando dois átomos se combinam para formar um átomo mais pesado, liberando uma tremenda explosão de energia.

É um processo que ocorre frequentemente na natureza, mas é muito difícil de replicar em laboratório, pois requer um ambiente de alta energia para manter a reação.

O sol gera energia Usando fusão nuclear – esmagando átomos de hidrogênio para criar hélio.

Supernovas – sóis explodindo – também usar fusão nuclear para seus fogos de artifício cósmicos. A força dessas reações cria moléculas mais pesadas como o ferro.

No entanto, em ambientes artificiais aqui na Terra, é mais provável que calor e energia escapem por meio de mecanismos de resfriamento, como raios-X e condução.

Para tornar a fusão nuclear uma fonte viável de energia para os humanos, os cientistas devem primeiro alcançar algo chamado “ignição”, onde os mecanismos de autoaquecimento superam a perda total de energia.

Uma vez que a ignição é alcançada, a reação de fusão se aciona.

Em 1955, o físico John Lawson criou um conjunto de critérios, agora conhecidos como “critérios de ignição do tipo Lawson”, para detectar quando essa ignição ocorreu.

A ignição de reações nucleares geralmente ocorre em ambientes extremamente intensos, como supernovas ou armas nucleares.

Pesquisadores do National Ignition Facility do Lawrence Livermore National Laboratory, na Califórnia, passaram mais de uma década aperfeiçoando sua técnica e conseguiram agora confirmado que o experimento histórico realizado em 8 de agosto de 2021 realmente causou a primeira ignição bem-sucedida de uma reação de fusão nuclear.

Em uma análise recente, o experimento de 2021 foi avaliado em nove versões diferentes do critério de Lawson.

“Esta é a primeira vez que excedemos o critério de Lawson no laboratório”, disse a física nuclear Annie Kritcher, do National Ignition Facility. Novo cientista.

Para conseguir esse efeito, a equipe colocou uma cápsula de combustível de trítio e deutério no centro de uma câmara de urânio empobrecido revestida de ouro e disparou 192 lasers de alta energia para criar um banho de raios-X intensos.

O ambiente intenso criado pelas ondas de choque internas gerou uma resposta de fusão auto-sustentável.

Sob essas condições, os átomos de hidrogênio se fundiram, liberando 1,3 megajoules de energia por 100 trilionésimos de segundo, o equivalente a 10 quatrilhões de watts de potência.

Ao longo do ano passado, os pesquisadores tentaram replicar o resultado quatro experiências semelhantesmas conseguiu apenas metade do rendimento energético da primeira tentativa recorde.

A ignição é muito sensível a pequenas mudanças quase imperceptíveis, como diferenças na estrutura de cada cápsula e na intensidade dos lasers, explica Kritcher.

“Se você começar de uma posição inicial microscopicamente pior, isso se refletirá em uma diferença muito maior no rendimento final de energia”. diz O físico de plasma Jeremy Chittenden no Imperial College London. “O experimento de 8 de agosto foi o melhor cenário.”

A equipe agora quer descobrir o que exatamente é necessário para atingir a ignição e como o experimento pode ser mais resiliente a pequenos erros. Sem esse conhecimento, o processo não pode ser ampliado para criar reatores de fusão que possam abastecer cidades, que é o objetivo final desse tipo de pesquisa.

“Você não quer estar em uma posição em que precisa fazer absolutamente tudo certo para acender”, diz Chittenden.

Este artigo foi publicado em Cartas de Verificação Física.