Para que os sistemas de energia de fusão operem de forma segura e consistente, os pesquisadores devem monitorar de perto o comportamento do combustível de plasma superaquecido. Características principais, como temperatura e densidade, afetam diretamente a possibilidade de as reações de fusão prosseguirem. Medir essas condições extremas requer instrumentos avançados conhecidos como diagnósticos, que atuam como olhos e ouvidos dentro do dispositivo de fusão.
Um novo relatório apoiado pelo Departamento de Energia dos EUA (DOE) apela a um maior investimento nas capacidades nacionais de diagnóstico de fusão. Melhorar estas ferramentas é fundamental para fornecer ao Departamento de Energia e ao Congresso os dados de que necessitam para acelerar o desenvolvimento de centrais eléctricas de fusão comerciais, afirma o jornal.
Workshop DOE sobre Inovações em Medição
O relatório segue o Workshop de Necessidades Essenciais de Pesquisa para Inovações em Medição de 2024 do Departamento de Energia, organizado pelo programa Office of Fusion Energy Science (FES). Luis Delgado-Aparicio, diretor de projetos avançados do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia, liderou o trabalho, e Sean Regan, diretor da Divisão Experimental do Laboratório de Energia Laser da Universidade de Rochester, atuou como co-presidente.
Os participantes incluíram especialistas de universidades, empresas privadas e laboratórios nacionais como o PPPL. O seu objectivo era determinar quais as tecnologias de diagnóstico e medição mais necessárias para manter a liderança dos EUA na energia de fusão e na ciência do plasma. O workshop também apoiou os objetivos do Roteiro de Ciência e Tecnologia Nuclear do DOE, que “visa ações e marcos até meados da década de 2030, fornecendo uma base científica e tecnológica para apoiar uma indústria nuclear competitiva dos EUA”.
“As inovações em medição levaram e continuarão a levar a avanços científicos e de engenharia na ciência e tecnologia de plasma apoiados pela FES do Departamento de Energia, particularmente na fusão”, disse Delgado-Aparicio. “Este novo relatório fornece descobertas significativas em sete áreas-chave da ciência e tecnologia do plasma e da fusão. Acreditamos que terá um impacto significativo nas comunidades de fusão públicas e privadas.”
“As descobertas deste relatório são uma prova do importante papel que o diagnóstico desempenha no avanço da ciência da energia de fusão”, disse Regan. “Ao investir em tecnologias de medição inovadoras, podemos acelerar o progresso em direção à energia de fusão comercial e fortalecer a liderança da América na ciência do plasma”.
Sete direções prioritárias na física do plasma
Setenta pesquisadores contribuíram para o relatório, abordando sete tópicos principais da física do plasma financiados pelo programa FES do Departamento de Energia:
- Plasma de baixa temperatura.
- Plasma de alta densidade de energia.
- Interação de plasma e matéria.
- Combustão de plasma criado por fusão magnética (MCF).
- Plasma ardente criado por fusão inercial (ICF).
- Centrais piloto de fusão baseadas em MCF.
- Usinas termonucleares baseadas em ICF.
Juntas, essas áreas abrangem a ciência fundamental do plasma para o projeto de futuras usinas de fusão.
Sensores mais potentes, medições mais rápidas e ferramentas de inteligência artificial
Os especialistas identificaram várias maneiras pelas quais o governo federal pode fortalecer a capacidade do país de medir o plasma com eficácia. Uma prioridade é desenvolver ferramentas de diagnóstico que possam suportar os níveis intensos de radiação esperados no interior de futuras centrais eléctricas de fusão. Outra é a criação de novas técnicas capazes de capturar os eventos extremamente rápidos que ocorrem durante os experimentos da CIF.
O relatório também destaca o uso da inteligência artificial (IA) para otimizar o desenvolvimento de sistemas de medição modernos. Além disso, exige uma força de trabalho forte para atrair e formar a próxima geração de diagnosticadores. Estas capacidades não só apoiam a energia de fusão, mas também fortalecem o ecossistema mais amplo da tecnologia de plasma que contribui para a competitividade económica dos EUA.
“Tanto Luis como eu agradecemos aos membros dos grupos de trabalho e à comunidade em geral pela sua dedicação e trabalho árduo na produção deste relatório”, disse Regan. “Sua experiência e colaboração têm sido fundamentais na identificação de inovações importantes necessárias para o avanço das tecnologias de diagnóstico.”
Principais recomendações para acelerar a inovação Fusion
O relatório descreve várias recomendações importantes:
- Acelerando a inovação: Acelere os avanços na tecnologia de medição testando e validando códigos de simulação, ferramentas de IA e aprendizado de máquina e doppelgangers digitais.
- Crie uma rede nacional: Criar uma comunidade coordenada de inovação em medição nos moldes da LaserNetUS, potencialmente chamada CalibrationNetUS.
- Forma das seleções nacionais: Reunir equipas nacionais para traduzir eficazmente novos conceitos de medição em diagnósticos de trabalho.
- Padronize calibrações: Adote uma abordagem mais sistemática para calibrar instrumentos de diagnóstico.
- Transferência de conhecimento para o setor privado: Compartilhar conhecimentos de diagnóstico e experiência de agências governamentais com empresas privadas de fusão.
- Invista no pipeline de força de trabalho: Expandir os esforços de desenvolvimento da força de trabalho para satisfazer as necessidades das centrais nucleares piloto.
- Planeje agora para operações remotas: Consulte as ferramentas de diagnóstico necessárias para controle remoto e manutenção de futuras usinas de fusão em futuros workshops.
Sobre o relatório
O texto completo do relatório, juntamente com um resumo, está disponível online.
Delgado-Aparicio e Regan administraram o projeto sob a direção de Kurt Bolton da FES. Os grupos de trabalho desenvolveram seções separadas. A equipe do Oak Ridge Institute for Science and Education ajudou a organizar o workshop. O apoio editorial e de gerenciamento de projetos foi fornecido pela PPPL Communications, incluindo B. Rose Huber, Raphael Rosen e Kelly Lorraine Andrews. A direção de arte e design foram liderados por Michael Brannigan do Sandbox Studio, com ilustrações de Ariel Davis.
