A forma como os cientistas pensam sobre a fusão nuclear mudou para sempre em 2022, quando uma experiência que alguns chamaram de primeira vez no século provou que a fusão poderia ser uma fonte de energia limpa viável.

O experimento, conduzido no Laboratório Nacional Lawrence Livermore, demonstrou ignição: uma reação de fusão que produz mais energia do que é introduzida.

Além disso, o investimento privado nesta área ascendeu a milhares de milhões de dólares nos últimos anos, principalmente nos Estados Unidos.

Como engenheiros que dedicaram décadas à ciência básica e à engenharia da fusão nuclear, testemunhamos o amadurecimento da ciência e da física da fusão na última década.

Mas, como escreve The Conversation, para tornar a fusão uma fonte viável, existe agora uma série de Desafios de Engenharia Estas questões devem ser abordadas antes que a fusão nuclear possa ser ampliada para se tornar uma fonte segura, económica e virtualmente ilimitada de energia limpa. Em outras palavras, é hora da engenharia.

Construa um reator de fusão

Quando dois átomos de hidrogênio (ou seja, deutério e trítioas colisões ocorrem sob condições extremas.

Na verdade, os dois átomos se fundem em um único átomo a uma temperatura de 180 milhões de graus Fahrenheit (100 milhões de graus Celsius), 10 vezes mais quente que o núcleo do Sol. Para que estas reações ocorram, são necessárias infraestruturas de energia de fusão. terá que suportar essas condições extremas.

Existem duas maneiras de conseguir a fusão no laboratório:

• um fusão de confinamento inercialque utiliza lasers potentes;
• Etano fusão de confinamento magnéticoque usa ímãs poderosos.

Embora a Experiência do Século tenha utilizado a fusão por confinamento inercial, a fusão por confinamento magnético ainda não demonstrou que pode atingir um ponto de equilíbrio na produção de energia.

O que mais precisa ser feito?

Ambos os métodos de fusão acima enfrentam muitos desafios que não são fáceis de superar.

Por exemplo, os investigadores devem desenvolver novos materiais que possam suportar condições extremas de temperatura e radiação.

Os materiais dos reatores de fusão também se tornam radioativos quando são bombardeados com partículas de alta energia. Os pesquisadores devem projetar Novo material pode decair dentro de alguns anos para níveis radioativos que são seguros e mais fáceis de manusear.

produzir combustível suficientee fazer isso de forma sustentável também é um desafio importante.

Por um lado, o deutério é abundante e pode ser extraído da água comum.

No entanto, Aumentar a produção de trítiogeralmente produzido a partir de lítio, seria muito mais difícil. Um reator de fusão requer centenas de gramas a um quilograma de trítio por dia para operar.

Atualmente, os reatores nucleares convencionais produzem trítio como subproduto da fissão, mas incapaz de fornecer o suficiente Suporta uma frota de reatores de fusão.

Portanto, os engenheiros devem desenvolver a capacidade de produzir trítio dentro do próprio dispositivo de fusão. Isto poderia envolver cercar um reator de fusão com material contendo lítio, que a reação converteria em trítio.

chegar Expandindo a fusão inercialOs engenheiros precisam desenvolver lasers capazes de atingir alvos de combustível de fusão feitos de deutério e trítio congelados muitas vezes por segundo.

No entanto, Nenhum laser é poderoso o suficiente Para fazer isso nesse ritmo - ainda não. Os engenheiros também devem desenvolver sistemas de controle e algoritmos para guiar esses lasers até seus alvos com altíssima precisão.

Além disso, os engenheiros devem Aumentar a produção alvo Ordem de grandeza: desde centenas de peças feitas à mão todos os anos, vendidas por centenas de milhares de euros cada, até milhões de peças vendidas por apenas alguns euros cada.

Para o confinamento magnético, os engenheiros de materiais devem desenvolver Maneiras mais eficientes de aquecer e controlar plasmas e materiais mais resistentes ao calor e à radiação para paredes de reatores.

A tecnologia usada para aquecer e confinar o plasma até que os átomos se fundam deverá funcionar de forma confiável durante anos.

Todos estes são desafios que, embora difíceis, não são intransponíveis.

Depois disso, o financiamento

O investimento de empresas privadas em todo o mundo aumentou – e pode continuar a ser um factor importante no avanço da investigação em fusão. Nos últimos cinco anos, o setor privado atraiu aproximadamente 7 mil milhões de euros em investimento privado.

Várias startups estão desenvolvendo diferentes tecnologias e projetos de reatores com o objetivo de integrar a fusão nuclear à rede elétrica nas próximas décadas. A maioria está sediada nos Estados Unidos, algumas na Europa e na Ásia.

Em meados da década de 2000, o Departamento de Energia dos EUA investiu aproximadamente US$ 3 bilhões para construir a Instalação Nacional de Ignição no Laboratório Nacional Lawrence Livermore, onde o "Experimento do Século" foi conduzido 12 anos depois.

Em 2023, o Departamento de Energia anunciou um plano de quatro anos no valor de US$ 42 milhões para desenvolver um centro de fusão para a tecnologia. Embora este financiamento seja importante, pode não ser suficiente para enfrentar os desafios mais importantes que os Estados Unidos enfrentam para se tornarem um líder global na energia de fusão prática.