WASHINGTON, D.C. – Cientistas na Divisão Plasma nos EUA. O Laboratório de Pesquisa Naval (NRL) está a construir um esforço de pesquisa multianual que demonstrou o potencial de uma tecnologia laser avançada que poderia ajudar a habilitar futuras usinas de energia de fusão inercial. Desenvolvimentos fundamentais sobre o poder repetitivo pulsado e outros aspectos da pesquisa poderiam permitir avanços na viabilidade e suportar os objetivos de segurança nacional e da Marinha a longo prazo. O trabalho foi conduzido como parte do programa de Perfurações do Departamento de Energia Habilitando a Energia de Fusão THermonuclear (BETHE), uma iniciativa de pesquisa focada no desenvolvimento de um driver laser mais eficiente para aplicações de energia de fusão.
Pesquisas do NRL exploraram o uso de um laser de fluoreto de argon (ArF) como um driver de próxima geração para energia de fusão inercial. Comparados com as abordagens convencionais, os lasers ArF oferecem a promessa de maior eficiência laser e aumento do ganho de alvo, dois fatores chave necessários para melhorar a viabilidade da potência de fusão comercial. .Este programa era sobre o desenvolvimento de um novo driver laser que poderia melhorar a eficiência global dos sistemas de energia de fusão inercial,. disse Matthew Wolford, Ph.D., chefe da Seção de Ciência e Aplicações do Feixe de Eletrônico no NRL..Uma eficiência mais elevada do laser e um maior ganho de alvo dão a energia de fusão uma melhor chance de comercialização.
Ao longo de aproximadamente três anos, a equipe do NRL avaliou a viabilidade de escalar a tecnologia laser do ArF para aplicações de alta energia. Um dos principais resultados técnicos do programa foi demonstrar saídas laser se aproximando 240 joules por tiro, o maior desempenho de laser de fluoreto de argon relatado até o momento, ao mesmo tempo que identifica um caminho para uma eficiência significativamente maior do plug- wall. Esta é a primeira demonstração de alta capacidade energética para lasers ArF, embora muita maior energia precisará ser alcançada para aplicações como usinas de energia de fusão. .Fomos incentivados tanto pela saída laser como pelas medições intrínsecas de eficiência do fluoreto de argon, disse Wolford..Esses resultados sugerem que esta tecnologia pode suportar sistemas de energia de fusão que requerem menos energia de entrada para alcançar a ignição..
A pesquisa também avançava tecnologias de habilitação críticas, incluindo técnicas de bombeamento de raios de eletrões necessárias para conduzir o sistema laser. Para alcançar taxas de bomba mais elevadas, os pesquisadores aumentaram a densidade de corrente no cátodo laser por aproximadamente um fator de três, introduzindo novos desafios de engenharia que a equipe abordou através de inovações de projeto e testes de componentes. Obstáculos adicionais incluíram o desenvolvimento de componentes ópticos em grande escala capazes de operar no laser 193 - comprimento de onda ultravioleta do nanômetro. O comprimento de onda curto permite a capacidade de acoplamento eficiente da energia para os alvos da usina de energia de fusão, bem como a atenuação das instabilidades de plasma laser, o que dificulta a energia laser para o alvo. Este comprimento de onda mais curto melhora a eficiência de todo o sistema de usina de fusão a partir de uma perspectiva de alto nível.
O NRL estava posicionado de forma única para conduzir este trabalho devido a décadas de experiência em pesquisas a laser de alta potência média. De 1999 para 2009, o NRL desempenhou um papel central no programa nacional de laser de alta potência média, onde desenvolveu o sistema de laser de fluoreto de krypton Electra e demonstrou uma operação de longa duração e de alta taxa de repetição. O NRL usou alguns dos recursos do Programa Laser de Alta Média de Energia para demonstrar as tecnologias iniciais necessárias para uma central de fusão a laser. . Isso significa que já tínhamos as instalações e a experiência necessárias para avaliar rapidamente os lasers de fluoreto de argon, disse Wolford..Há muito poucos lugares no mundo com experiência em lasers de excimers de raios de eletrões, e que. uma capacidade NRL construiu ao longo do tempo..
Além dos aplicativos energéticos, a pesquisa tem implicações para futuras necessidades de segurança nacional e Marinha. Tecnologias laser de alta potência e seus componentes subjacentes podem suportar uma gama de aplicações de defesa, especialmente como os sistemas emergentes demandam geração de energia maior e mais eficiente. Os centros de dados, por exemplo, necessitarão de uma enorme quantidade de energia. Mais do que pode ser produzido atualmente. .As demandas de energia de usar inteligência artificial e aprendizado de máquina a partir de centros de dados forçarão os países a se adaptarem ou serem superados pelos que o fazem. Nós sempre estamos procurando novas maneiras de desenvolver tecnologias de geração de energia, disse Wolford..As novas capacidades vêm online que requerem grandes quantidades de energia, avanços como este ajudam a expandir a gama de opções disponíveis para a Marinha e o guerreiro..
Embora o financiamento para o projeto BETHE tenha terminado, os pesquisadores do NRL esperam que o trabalho informe os esforços futuros em colaboração com o Departamento de Energia e empresas de fusão do setor privado. O próximo passo, observou o Wolford, provavelmente envolverá a transição da tecnologia de pesquisa em escala de laboratório para parceiros da indústria capazes de construir sistemas maiores.
.Nosso papel no NRL é estabelecer a base científica e técnica, disse ele..Se a indústria escolher buscar lasers de fluoreto de argon para energia de fusão, estamos bem posicionados para suportar essa transição..
O programa BETHE envolveu uma equipe central de aproximadamente cinco a sete pesquisadores e foi conduzido durante o COVID- 19 pandemia, exigindo adaptabilidade em face de interrupções da cadeia de suprimentos e mudanças nas restrições experimentais, uma experiência que o Wolford diz sublinhou a resiliência da equipe de pesquisa..No NRL, você se adapta e se adequa, ele disse..Isso é exatamente o que esta equipe fez.
Sobre os EUA Laboratório de Pesquisa Naval NRL é um comando científico e de engenharia dedicado à pesquisa que impulsiona avanços inovadores para os EUA. Marinha e Corpo Marinho do fundo do mar para o espaço e no domínio de informação. NRL, localizado em Washington, D.C. com os principais sites de campo em Stennis Space Center, Mississippi; Key West, Flórida; Monterey, Califórnia, e emprega aproximadamente 3,000 cientistas civis, motor.