Físicos nos Estados Unidos e no Japão observaram pela primeira vez a fusão nuclear entre prótons e átomos de boro-11 em um plasma confinado magneticamente. Dizem que o resultado demonstra o potencial da fusão próton-boro como uma fonte abundante e econômica de energia. Mas outros advertem que a base científica para tal fonte de energia permanece em grande parte não comprovada e que enormes obstáculos técnicos se interpõem no caminho das usinas de energia comerciais.
Todas as formas de fusão mantêm a promessa de energia quase ilimitada, limpa e de carga básica, sem os problemas de possível fusão e resíduos de vida longa que afligem a fissão. Mas próton-boro (p11B) a fusão traz algumas virtudes adicionais em comparação com as reações mais convencionais envolvendo isótopos de hidrogênio, deutério e trítio.
O boro pode ser facilmente extraído, enquanto o trítio é raro na Terra e difícil de produzir artificialmente. As reações de próton-boro também produzem três átomos de hélio (partículas alfa) – cuja energia poderia, em princípio, ser diretamente convertida em eletricidade – sem gerar nêutrons e, assim, reduzir substancialmente a contaminação radioativa dos componentes do reator.
No entanto, esses pontos positivos têm um preço. A própria fusão deutério-trítio requer temperaturas enormes para superar a repulsão mútua dos núcleos – cerca de 100 milhões de kelvin. Mas as reações próton-boro ainda precisam de condições muito mais extremas – cerca de 1.5 bilhão de kelvin.
Como os autores da pesquisa mais recente explicar em um artigo publicado em Natureza das Comunicações, quanto maior a temperatura do plasma, mais energia geralmente é irradiada na forma de radiação síncrotron e bremsstrahlung. Isso, eles apontam, torna mais difícil gerar mais energia por meio de reações de fusão do que o necessário para alimentar um reator – um grande problema quando uma usina comercial provavelmente precisará de um ganho de energia de pelo menos 50 para superar ineficiências na geração de energia. processo.
O novo trabalho foi realizado por Richard Magee e colegas da Californian Fusion Company Tecnologias TAE juntamente com os cientistas do Instituto Nacional de Ciência da Fusão em Toki, Japão. Os pesquisadores fizeram seus experimentos no Large Helical Device (LHD) do instituto, um estelarador com o combustível de fusão necessário já instalado – os prótons sendo disparados como feixes neutros de alta energia enquanto o pó de boro é injetado no plasma para ajudar a reduzir as impurezas.
O TAE forneceu o detector, que contava com um semicondutor de silício parcialmente esgotado, gerando uma corrente quando atingido por partículas alfa. Ele foi feito para evitar o registro errôneo de sinais de raios-X e outras radiações de plasma, sendo afastado do plasma do núcleo e tendo as partículas alfa carregadas direcionadas a ele pelo grande campo magnético do LHD.
Os pesquisadores realizaram várias dezenas de tiros experimentais em fevereiro do ano passado. Eles observaram as reações de fusão comparando o sinal em seu detector antes e depois de ligar os feixes neutros, bem como realizando alguns disparos sem qualquer pó de boro. Somente quando eles tinham vigas neutras e pó de boro é que eles conseguiram um salto na produção - o valor exato que dizia que eles estavam produzindo cerca de 1012 reações de fusão por segundo, que concordaram com simulações de computador.
Desafios futuros
Esta não é a primeira demonstração da fusão próton-boro – os cientistas já a observaram usando aceleradores de partículas e lasers poderosos. Mas a colaboração EUA-Japão argumenta que é importante estudar a reação onde ela seria finalmente explorada – dentro de um plasma termonuclear magneticamente confinado. Os pesquisadores reconhecem que muito mais trabalho precisa ser feito, mas estão confiantes de que o TAE alcançará ganho de energia em um de seus dispositivos.
De fato, a TAE afirma estar bem encaminhada para a energia de fusão comercial. A empresa construiu uma série de reatores cada vez mais sofisticados para explorar a fusão de configuração de campo reverso, que envolve disparar pulsos de plasma em uma câmara e mantê-los no lugar magneticamente, girando-os. Nenhum dos dispositivos até o momento demonstrou a fusão de próton-boro – seu atual reator “Norman” usando um plasma de hidrogênio – mas a empresa diz que pretende enviar eletricidade para a rede a partir de uma usina piloto de próton-boro no início da década de 2030.
O marco de ignição da National Ignition Facility desencadeia um novo impulso para a fusão a laser
Peter Norreys, um físico de plasma da Universidade de Oxford, no Reino Unido, diz que os pesquisadores fizeram “um bom trabalho” em seus experimentos. Mas ele argumenta que a fusão próton-boro ainda está longe de rivalizar com as reações deutério-trítio. Uma complicação potencial, diz ele, é a necessidade de descrições relativísticas da dinâmica do plasma em temperaturas tão altas. Ele também acha provável que a radiação bremsstrahlung possa prejudicar o confinamento do plasma ao corroer as superfícies internas de um reator.
Cientistas do consórcio EUROfusion em Garching, na Alemanha, também estão sob vigilância. Tony Donné, Hartmut Zohm e Volker Naulin contaram Mundo da física que a taxa de reação observada nos experimentos mais recentes é cerca de dez ordens de magnitude muito pequena para ser útil para a energia de fusão (levando em conta a baixa densidade de energia do próton-boro).
Eles têm “fortes dúvidas” de que algum dia será possível obter os ganhos necessários para a geração de energia comercial e alertam que a radiação bremsstrahlung pode, de fato, ser tão forte que excede a energia necessária para aquecer e controlar o plasma – fazendo com que o plasma se desfaça. colapso.
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- Fonte: https://physicsworld.com/a/proton-boron-fusion-passes-scientific-milestone/
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