Os cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL) alcançaram fusão ignição e energia empatar. Em 5th Em dezembro de 2022, a equipe de pesquisa conduziu um experimento de fusão controlada usando lasers quando 192 feixes de laser forneceram mais de 2 milhões de joules de energia UV a uma pequena pastilha de combustível na câmara alvo criogênica e atingiram o equilíbrio de energia, o que significa que o experimento de fusão produziu mais energia do que fornecido pelo laser para acioná-lo. Este avanço foi alcançado pela primeira vez na história após décadas de trabalho árduo. Este é um marco na ciência e tem implicações significativas para a perspectiva de energia de fusão limpa no futuro rumo à economia de carbono líquido zero, para combater as mudanças climáticas e para manter a dissuasão nuclear sem recorrer a testes nucleares para a defesa nacional. Antes, em 8thEm agosto de 2021, a equipe de pesquisa atingiu o limiar da ignição por fusão. O experimento produziu mais energia do que qualquer outro experimento de fusão anterior, mas o equilíbrio de energia não foi alcançado. A última experiência realizada em 5th Dezembro de 2022 realizou a façanha do equilíbrio energético, fornecendo assim uma prova de conceito de que a fusão nuclear controlada pode ser explorada para atender às necessidades de energia, embora a aplicação prática da energia de fusão comercial ainda pode estar muito distante.
Nuclear as reações produzem grandes quantidades de energia equivalentes à quantidade de massa perdida, conforme a equação de simetria massa-energia E=MC2 de Einstein. Reações de fissão envolvendo a quebra de núcleos de combustível nuclear (elementos radioativos como o urânio-235) são atualmente empregadas nos reatores nucleares para a geração de energia. No entanto, os reatores baseados em fissão nuclear apresentam altos riscos humanos e ambientais, como é evidente no caso de Chernobyl, e são notórios por gerar resíduos radioativos perigosos com meias-vidas muito longas e extremamente difíceis de descartar.
Na natureza, estrelas como o nosso sol, fusão nuclear envolvendo a fusão de núcleos menores de hidrogênio é o mecanismo de geração de energia. A fusão nuclear, ao contrário da fissão nuclear, requer temperatura e pressão extremamente altas para permitir que os núcleos se fundam. Esse requisito de temperatura e pressão extremamente altas é atendido no núcleo do sol, onde a fusão dos núcleos de hidrogênio é o principal mecanismo de geração de energia, mas recriar essas condições extremas na Terra não foi possível até agora em condições controladas de laboratório e, como resultado, reatores de fusão nuclear ainda não são uma realidade. (A fusão termonuclear descontrolada em temperatura e pressão extremas criadas pelo acionamento do dispositivo de fissão é o princípio por trás da arma de hidrogênio).
Foi Arthur Eddington quem sugeriu pela primeira vez, em 1926, que as estrelas retiravam sua energia da fusão do hidrogênio em hélio. A primeira demonstração direta de fusão nuclear foi em laboratório em 1934, quando Rutherford mostrou a fusão de deutério em hélio e observou “um enorme efeito foi produzido” durante o processo. Em vista de seu enorme potencial para fornecer energia limpa ilimitada, tem havido esforços conjuntos de cientistas e engenheiros em todo o mundo para replicar a fusão nuclear na Terra, mas tem sido uma tarefa árdua.
Em temperaturas extremas, os elétrons se separam dos núcleos e os átomos se transformam em gás ionizado composto por núcleos positivos e elétrons negativos, o que chamamos de plasma, que é um milionésimo de vezes menos denso que o ar. Isto faz fusão ambiente muito tênue. Para que a fusão nuclear ocorra em tal ambiente (que pode produzir uma quantidade apreciável de energia), três condições devem ser atendidas; deve haver temperatura muito alta (que pode provocar colisões de alta energia), deve haver densidade de plasma suficiente (para aumentar a probabilidade de colisões) e o plasma (que tem propensão a se expandir) deve ser confinado por um período de tempo suficiente para permitir a fusão. Isso torna o desenvolvimento de infraestrutura e tecnologia para conter e controlar o plasma quente o foco principal. Campos magnéticos fortes poderiam ser usados para lidar com plasma como no caso de Tokamak do ITER. O confinamento inercial do plasma é outra abordagem na qual as cápsulas preenchidas com isótopos pesados de hidrogênio são implodidas usando feixes de laser de alta energia.
Fusion studies conducted at Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) of NIF employed laser-driven implosion techniques (inertial confinement fusion). Basically, millimetre-sized capsules filled with deuterium and tritium were imploded with high-power lasers which generate x-rays. The capsule gets heated and turn into plasma. The plasma accelerates inwards creating extreme pressure and temperature conditions when fuels in the capsule (deuterium and tritium atoms) fuse, releasing energy and several particles including alpha particles. The released particles interact with the surrounding plasma and heat it up further leading to more fusion reactions and release of more ‘energy and particles’ thus setting up a self-sustaining chain of fusion reactions (called ‘fusion ignition’).
A comunidade de pesquisa de fusão tem tentado por várias décadas alcançar a 'ignição por fusão'; uma reação de fusão autossustentável. em 8th Em agosto de 2021, a equipe do Lawrence Laboratory chegou ao limiar da 'ignição por fusão' que alcançaram em 5th Dezembro de 2022. Neste dia, a ignição por fusão controlada na Terra tornou-se uma realidade – um marco na ciência alcançado!
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