janeiro 27, 2023

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Descoberta da energia de fusão nos EUA: tudo o que você precisa saber

Suspensão

Na terça-feira, espera-se que o Departamento de Energia anuncie um marco há muito esperado no desenvolvimento da energia de fusão nuclear: ganhos líquidos de energia. A notícia, que relatei pela primeira vez tempos financeiros e confirmou Washington Postpoderia galvanizar a comunidade de fusão, que há muito exagera a tecnologia como uma ferramenta potencial de energia limpa para combater as mudanças climáticas.

Mas qual é o tamanho do “lucro líquido de energia” de qualquer maneira – e o que isso significa para as usinas de fusão do futuro? Aqui está o que você precisa saber.

As usinas nucleares existentes atravessam ficão nuclear Quebrando átomos pesados ​​para gerar energia. No caso da fissão, um nêutron colide com um átomo de urânio pesado, dividindo-o em átomos mais leves e liberando muito calor e energia ao mesmo tempo.

Por outro lado, a fusão funciona da maneira oposta – envolve esmagar dois átomos (principalmente dois átomos de hidrogênio) para criar um novo elemento (principalmente hélio).E a Da mesma forma que as estrelas geram energia. No processo, os dois átomos de hidrogênio perdem uma pequena quantidade de massa, que é convertida em energia de acordo com a famosa equação de Einstein, E = mc². Porque a velocidade da luz Muito rápido – 300.000.000 metros por segundo – mesmo uma pequena quantidade de massa pode produzir uma tonelada de energia.

O que é um “ganho líquido de energia” e como os pesquisadores o alcançaram?

Até este ponto, os pesquisadores conseguiram fundir com sucesso dois átomos de hidrogênio, mas a reação sempre requer mais energia do que você recebe de volta. O ganho líquido de energia – onde eles recuperam mais energia do que colocam na criação da reação – tem sido o indescritível santo graal da pesquisa de fusão.

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Agora, espera-se que os pesquisadores do National Ignition Facility no Lawrence Livermore National Laboratory, na Califórnia, anunciem que alcançaram um ganho líquido de energia disparando lasers em átomos de hidrogênio. Os 192 lasers comprimem átomos de hidrogênio a quase 100 vezes a densidade do chumbo e os aquecem a quase 100 milhões de graus Celsius. A alta densidade e temperatura fazem com que os átomos se fundam em hélio.

Outros métodos que estão sendo investigados incluem o uso de ímãs para restringir o plasma superaquecido.

“Se é isso que esperamos, é como o momento Kitty Hawk dos irmãos Wright”, disse Melanie Windridge, física de plasma e CEO da Fusion Energy Insights. “É como decolar de um avião.”

Isso significa que a energia de fusão está pronta para o horário nobre?

Não, os cientistas se referem ao avanço atual como um “ganho de energia líquida científica” – o que significa que mais energia saiu da reação do que foi colocada pelo laser. Este é um marco enorme que não foi alcançado antes.

Mas é apenas um ganho líquido de energia no nível micro. Segundo Troy Carter, físico de plasma da Universidade da Califórnia, em Los Angeles, os lasers usados ​​no laboratório de Livermore têm uma eficiência de apenas 1%. Isso significa que alimentar o laser consome 100 vezes mais energia do que ele pode fornecer aos átomos de hidrogênio.

Portanto, os pesquisadores ainda precisam atingir o “ganho líquido de energia de engenharia”, ou o ponto em que todo o processo consome menos energia do que a reação produz. Eles também teriam que descobrir como converter a energia resultante – atualmente na forma de energia cinética de núcleos de hélio e nêutrons – em uma forma que pode ser usada para eletricidade. Eles poderiam fazer isso convertendo-o em calor e, em seguida, aquecendo o vapor para acionar uma turbina e alimentar um gerador. Este processo também tem limitações de eficiência.

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Tudo isso significa que o ganho de energia provavelmente precisa ser muito maior para que uma fusão seja comercialmente viável.

Por enquanto, os pesquisadores também podem realizar a reação de fusão uma vez por dia. No meio, eles devem permitir que o laser esfrie e substitua o alvo de combustível de fusão. Uma planta comercialmente viável deve ser capaz de fazer isso várias vezes por segundodiz Dennis White, diretor do Centro de Plasma e Ciências de Fusão do MIT. Ele disse: “Depois de ter a viabilidade científica, você precisa conhecer a viabilidade de engenharia”.

Quais são os benefícios da integração?

Enormes possibilidades de fusão. A tecnologia é muito mais segura do que a tecnologia nuclear ficão nuclear, porque a fusão não pode criar reações selvagens. Também não produzem subprodutos radioativos que devem ser armazenados ou emissões prejudiciais de carbono; Ele simplesmente produz hélio inerte e um nêutron. Também não é provável que fique sem combustível: o combustível de fusão é apenas átomos de hidrogênio pesados, que podem ser encontrados na água do mar.

Quando a fusão pode alimentar nossas casas?

Esta é uma pergunta de um trilhão de dólares. Durante décadas, os cientistas brincaram que uma fusão está sempre a 30 ou 40 anos de distância. Ao longo dos anos, os pesquisadores previram que as usinas de fusão estarão operacionais nas décadas de 1990, 2000, 2000 e 2020. Os atuais especialistas em fusão argumentam que não é uma questão de tempo, mas de vontade – se governos e doadores privados financiarem agressivamente a fusão, dizem eles, um protótipo de usina de fusão poderá estar disponível na década de 2030.

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“O cronograma não é realmente uma questão de tempo”, disse Carter. “É uma questão de inovação e esforço.”

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