Cientistas do NRL, em colaboração com o Departamento de Energia dos EUA, publicaram os resultados de sua pesquisa.Fluoreto de argônio (ArF)Pesquisa sobre fusão a laser foi publicada na revista Philosophical Transactions of the Royal Society no outono passado.
O artigo científico intitulado "Alto Ganho de Fusão com Energia Laser Sub-Megajoule Usando um Laser de Fluoreto de Argônio Acionado Diretamente" relatou que o ArF é uma tecnologia promissora para alcançar as implosões de fusão inercial de alto ganho necessárias para a produção de energia. A fusão a laser envolve a implosão de pequenas cápsulas para atingir as altas densidades e temperaturas (100 milhões de graus Celsius) necessárias para iniciar uma reação de fusão.
A energia de fusão pode ser usada como fonte de energia se o ganho for muito maior do que a energia necessária para acionar o laser, e as simulações do NRL mostraram que a luz ultravioleta profunda do ArF pode atingir alto ganho com energias de laser muito menores do que se pensava ser possível anteriormente."Os lasers ArF permitem o desenvolvimento e a construção de usinas de fusão menores e mais baratas", disse Obenschain. "Isso acelerará a implantação dessa fonte de energia atraente, que possui combustível suficiente para durar milhares de anos."
Os resultados do NRL são particularmente importantes porque a Instalação Nacional de Ignição (NIF, na sigla em inglês) do Laboratório Nacional Lawrence Livermore anunciou, em 8 de agosto, que realizou um experimento de fusão a laser que produziu quase tanta energia de fusão quanto os feixes de laser usados para impulsionar implosões. Os resultados do NIF produziram 1,3 megajoules de energia de fusão, o equivalente a meio quilo de explosivos de alta potência, demonstrando assim a viabilidade científica e tecnológica fundamental da fusão a laser.
"Os resultados do NIF são impressionantes e reforçam a necessidade de investir em tecnologia laser que acelere os avanços futuros. A tecnologia laser ArF do nRL oferece um caminho para ganhos e rendimentos de fusão mais elevados", disse Obenschain. "Essas qualidades são necessárias para o Programa de Gestão do Estoque da NNSA, e um alto ganho é essencial para a geração de energia por fusão."
O conjunto de lentes a laser Nike focaliza 44 feixes de laser de fluoreto de criptônio (KrF) em alvos que representam uma pequena porção da cápsula de implosão. Os alvos, com dimensões na ordem de milímetros, são visíveis na lente central. Os lasers KrF são semelhantes aos lasers ArF, mas com um comprimento de onda ligeiramente maior (248 nm). O experimento Nike avança o conhecimento da física fundamental da aceleração uniforme de um alvo até as altas velocidades necessárias para a implosão por fusão. Fonte: Laboratório de Pesquisa Naval
Obenschain observa que os lasers ArF de alta energia exigirão investimentos significativos para atingir o desempenho e a energia, a frequência de repetição, a precisão e a confiabilidade de bilhões de dólares necessários para a fusão em usinas de energia comerciais.
"Nosso trabalho até o momento mostrou que não existem barreiras fundamentais que impeçam os sistemas de energia de fusão inercial de acionamento direto ArF de atender a esses requisitos", disse Obenschain.
Ele disse: "Essas vantagens poderiam facilitar o desenvolvimento de módulos de usinas de fusão de escala modesta e mais baratos, operando com energias de laser inferiores a 1 megajoule. Isso revolucionaria a visão atual de que a energia de fusão a laser é muito cara e as usinas são muito grandes."
"O NRL é líder mundial no desenvolvimento da tecnologia de laser de fluoreto de argônio de alta energia", disse o Dr. Max Karasik, chefe da divisão de física de alvos acionados por laser do NRL. "Além disso, realizamos experimentos para aprimorar a base física da fusão a laser e simulações computacionais para determinar a configuração ideal para uma implosão de laser ArF de alto ganho."
O potencial do laser ArF para energia de fusão é apoiado pelo programa Breakthroughs to Enable Thermonuclear Fusion Energy (BETHE) da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada em Energia (ARPA-E) do Departamento de Energia dos EUA. Este programa apoia o desenvolvimento oportuno de fontes de energia de fusão comercialmente viáveis.
A Divisão de Física de Plasmas, por meio de seu Departamento de Plasma a Laser, está liderando esse esforço de pesquisa e desenvolveu um plano de três fases para aprimorar os lasers de fluoreto de argônio, visando atingir o desempenho necessário para implosões de alto ganho de energia.
A primeira fase concluirá a pesquisa científica e tecnológica básica para o laser ArF atualmente em andamento no NRL. Na Fase II, uma linha de feixe de laser ArF de alta energia em escala real será construída e testada. Na Fase III, uma instalação de implosão será construída a partir de 20 a 30 dessas linhas de feixe e usada para demonstrar o alto ganho de energia (>100) necessário para aplicações de defesa e energia.
Data da publicação: 18/09/2024