Caros Leitores;
Foto: NASA Deuterons foram forçados a entrar nas estruturas atômicas dessas amostras de érbio usadas nos experimentos de fusão da NASA.
Pesquisadores da NASA demonstram a capacidade de fundir átomos dentro de metais em temperatura ambiente.
A fusão nuclear é difícil de fazer. Requer densidades e pressões extremamente altas para forçar os núcleos de elementos como o hidrogênio e o hélio a superar sua inclinação natural de repelir um ao outro. Na Terra, os experimentos de fusão geralmente requerem equipamentos grandes e caros para serem executados.
Mas os pesquisadores do Glenn Research Center da NASA demonstraram agora um método de induzir a fusão nuclear sem construir um stellarator ou tokamak massivo . Na verdade, tudo de que precisavam era um pouco de metal, um pouco de hidrogênio e um acelerador de elétrons.
A equipe acredita que seu método, chamado fusão de confinamento em rede, pode ser uma nova fonte de energia em potencial para missões no espaço profundo. Eles publicaram seus resultados em dois papéis em Physical Review C .
“Confinamento de rede” refere-se à estrutura de rede formada pelos átomos que constituem um pedaço de metal sólido. O grupo da NASA usou amostras de érbio e titânio para seus experimentos. Sob alta pressão, uma amostra foi “carregada” com gás deutério, um isótopo de hidrogênio com um próton e um nêutron. O metal confina os núcleos de deutério, chamados deutérios, até a hora da fusão.
“Durante o processo de carregamento, a estrutura metálica começa a se quebrar para reter o gás deutério”, diz Theresa Benyo , uma física analítica e líder de diagnóstico nuclear do projeto. “O resultado é mais como um pó.” Nesse ponto, o metal está pronto para a próxima etapa: superar a repulsão eletrostática mútua entre os núcleos deutério carregados positivamente, a chamada barreira de Coulomb.
A fusão nuclear é difícil de fazer. Requer densidades e pressões extremamente altas para forçar os núcleos de elementos como o hidrogênio e o hélio a superar sua inclinação natural de repelir um ao outro. Na Terra, os experimentos de fusão geralmente requerem equipamentos grandes e caros para serem executados.
Mas os pesquisadores do Glenn Research Center da NASA demonstraram agora um método de induzir a fusão nuclear sem construir um stellarator ou tokamak massivo . Na verdade, tudo de que precisavam era um pouco de metal, um pouco de hidrogênio e um acelerador de elétrons.
A equipe acredita que seu método, chamado fusão de confinamento em rede, pode ser uma nova fonte de energia em potencial para missões no espaço profundo. Eles publicaram seus resultados em dois papéis em Physical Review C .
“Confinamento de rede” refere-se à estrutura de rede formada pelos átomos que constituem um pedaço de metal sólido. O grupo da NASA usou amostras de érbio e titânio para seus experimentos. Sob alta pressão, uma amostra foi “carregada” com gás deutério, um isótopo de hidrogênio com um próton e um nêutron. O metal confina os núcleos de deutério, chamados deutérios, até a hora da fusão.
“Durante o processo de carregamento, a estrutura metálica começa a se quebrar para reter o gás deutério”, diz Theresa Benyo , uma física analítica e líder de diagnóstico nuclear do projeto. “O resultado é mais como um pó.” Nesse ponto, o metal está pronto para a próxima etapa: superar a repulsão eletrostática mútua entre os núcleos deutério carregados positivamente, a chamada barreira de Coulomb.
Para superar essa barreira, é necessária uma sequência de colisões de partículas. Primeiro, um acelerador de elétrons acelera e lança elétrons em um alvo próximo feito de tungstênio. A colisão entre o feixe e o alvo cria fótons de alta energia, assim como em uma máquina de raios-X convencional. Os fótons são focalizados e direcionados para a amostra de érbio ou titânio carregada com deuteron. Quando um fóton atinge um deutério dentro do metal, ele o divide em um próton e um nêutron energéticos. Então o nêutron colide com outro deutério, acelerando-o.
No final desse processo de colisões e interações, você fica com um deutério que se move com energia suficiente para superar a barreira de Coulomb e se fundir com outro deutério na rede.
A chave para esse processo é um efeito chamado de blindagem de elétrons ou efeito de proteção. Mesmo com deuterons muito enérgicos voando ao redor, a barreira de Coulomb ainda pode ser suficiente para evitar a fusão. Mas a rede ajuda novamente. “Os elétrons na estrutura metálica formam uma tela ao redor do deutério estacionário”, diz Benyo. A carga negativa dos elétrons protege o deutério energético dos efeitos repulsivos da carga positiva do deutério alvo até que os núcleos estejam muito próximos, maximizando a quantidade de energia que pode ser usada para a fusão.
Além da fusão deuteron-deuteron, o grupo da NASA encontrou evidências do que é conhecido como reações de desnudamento Oppenheimer-Phillips. Às vezes, em vez de se fundir com outro deutério, o deutério energético colidia com um dos átomos de metal da rede, criando um isótopo ou convertendo o átomo em um novo elemento. A equipe descobriu que as reações de fusão e remoção produziam energia utilizável.
“O que fizemos não foi a fusão a frio”, disse Lawrence Forsley , um físico experimental líder sênior do projeto. A fusão a frio, a ideia de que a fusão pode ocorrer com energias relativamente baixas em materiais à temperatura ambiente, é vista com ceticismo pela grande maioria dos físicos. Forsley enfatiza que isso é fusão a quente, mas “Nós criamos uma nova maneira de conduzi-la”.
“A fusão de confinamento em rede inicialmente tem temperaturas e pressões mais baixas” do que algo como um tokamak, diz Benyo. Mas "onde a verdadeira fusão deuteron-deuteron ocorre nesses locais muito quentes e energéticos." Benyo diz que quando ela manipulava amostras após um experimento, elas eram muito quentes. Esse calor é parcialmente proveniente da fusão, mas os fótons energéticos que iniciam o processo também contribuem com calor.
Ainda há muita pesquisa a ser feita pela equipe da NASA. Agora que eles demonstraram a fusão nuclear, o próximo passo é criar reações mais eficientes e numerosas. Quando dois deutérios se fundem, eles criam um próton e um trítio (um átomo de hidrogênio com dois nêutrons) ou hélio-3 e um nêutron. No último caso, aquele nêutron extra pode iniciar o processo novamente, permitindo que mais dois deutérios se fundam. A equipe planeja experimentar maneiras de obter reações mais consistentes e sustentadas no metal.
Benyo diz que o objetivo final ainda é ser capaz de alimentar uma missão no espaço profundo com fusão de confinamento em rede. Energia, espaço e peso são muito valiosos em uma espaçonave, e este método de fusão oferece uma fonte potencialmente confiável para aeronaves que operam em locais onde os painéis solares podem não ser utilizáveis, por exemplo. E, claro, o que funciona no espaço pode ser usado na Terra. “A fusão de confinamento em rede inicialmente tem temperaturas e pressões mais baixas” do que algo como um tokamak, diz Benyo. Mas "onde a verdadeira fusão deuteron-deuteron ocorre nesses locais muito quentes e energéticos." Benyo diz que quando ela manipulava amostras após um experimento, elas eram muito quentes. Esse calor é parcialmente proveniente da fusão, mas os fótons energéticos que iniciam o processo também contribuem com calor.
Ainda há muita pesquisa a ser feita pela equipe da NASA. Agora que eles demonstraram a fusão nuclear, o próximo passo é criar reações mais eficientes e numerosas. Quando dois deutérios se fundem, eles criam um próton e um trítio (um átomo de hidrogênio com dois nêutrons) ou hélio-3 e um nêutron. No último caso, aquele nêutron extra pode iniciar o processo novamente, permitindo que mais dois deutérios se fundam. A equipe planeja experimentar maneiras de obter reações mais consistentes e sustentadas no metal.
Benyo diz que o objetivo final ainda é ser capaz de alimentar uma missão no espaço profundo com fusão de confinamento em rede. Energia, espaço e peso são muito valiosos em uma espaçonave, e este método de fusão oferece uma fonte potencialmente confiável para aeronaves que operam em locais onde os painéis solares podem não ser utilizáveis, por exemplo. E, claro, o que funciona no espaço pode ser usado na Terra.
Fonte: Spectrum.IEEE.Org / Por Michael Koziol / 10-08-2020
https://spectrum.ieee.org/energywise/energy/nuclear/nuclear-fusiontokamak-not-included
Obrigado pela sua visita e volte sempre!
HélioR.M.Cabral (Economista,
Escritor e Divulgador de conteúdos da
Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso de
Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina
(UFSC).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.
Membro da Society for
Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA
(National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa
do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (Clouds and Earth´sRadiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica
Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric
Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
Page:
http://pesqciencias.blogspot.com.br
Page: http://livroseducacionais.blogspot.com.br
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