Para que os sistemas de energia de fusão operem de forma segura e consistente, os pesquisadores devem acompanhar de perto o comportamento do combustível de plasma superaquecido. Propriedades chave como temperatura e densidade afetam diretamente se a reação de fusão pode ser sustentada. Medir essas condições extremas requer instrumentos avançados chamados diagnósticos, que atuam como olhos e ouvidos dentro do dispositivo de fusão.
Um novo relatório apoiado pelo Departamento de Energia dos EUA (DOE) pede um maior investimento nas capacidades de diagnóstico de fusão do país. O artigo argumenta que 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.
Simpósio de Inovação em Medição do Departamento de Energia dos EUA
O relatório deriva do workshop Necessidades Básicas de Pesquisa para Inovações em Medição de 2024 do Departamento de Energia dos EUA, organizado por meio do programa Fusion Energy Science (FES) do Office of Science. Luis Delgado-Aparicio, gerente de projeto sênior do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA, liderou o trabalho, e Sean Regan, diretor da Divisão Experimental do Laboratório de Energética a Laser da Universidade de Rochester, atuou como co-presidente.
Os participantes incluem especialistas de universidades, empresas privadas e laboratórios nacionais como o PPPL. Seu objetivo é determinar quais tecnologias de diagnóstico e medição são mais urgentemente necessárias para manter a liderança dos EUA na energia de fusão e na ciência do plasma. O workshop também apoia os objetivos do Roteiro de Ciência e Tecnologia de Fusão do Departamento de Energia, que “visa ações e marcos até meados da década de 2030 para fornecer a base científica e tecnológica para apoiar uma indústria competitiva de energia de fusão nos EUA”.
“As inovações em medição lideraram e continuarão a liderar avanços científicos e de engenharia nas atividades de ciência e tecnologia de plasma apoiadas pela FES do DOE, particularmente na ciência da energia de fusão”, disse Delgado-Aparicio. “Este novo relatório fornece descobertas substanciais em sete áreas-chave da ciência e tecnologia do plasma e da fusão. Acreditamos que terá um impacto significativo nas comunidades públicas e privadas de fusão.”
“As descobertas deste relatório demonstram o papel crítico do diagnóstico no avanço da ciência da energia de fusão”, disse Regan. “Ao investir em tecnologias de medição inovadoras, podemos acelerar o progresso na energia de fusão comercial e fortalecer a liderança dos EUA na ciência do plasma.”
Sete áreas prioritárias para a física do plasma
Setenta pesquisadores contribuíram para o relatório, que analisa sete tópicos principais da física do plasma financiados pelo programa FES do Departamento de Energia dos EUA:
- Plasma de baixa temperatura.
- Plasma de alta densidade de energia.
- Interações plasma-material.
- Queima de plasma produzido através de fusão por confinamento magnético (MCF).
- Queima de plasma produzido através de fusão por confinamento inercial (ICF).
- Usina de teste de fusão baseada em MCF.
- Usina de fusão baseada em ICF.
Essas áreas abrangem a ciência fundamental do plasma e o projeto de futuras instalações de geração de energia por fusão.
Sensores mais fortes, medições mais rápidas e ferramentas de inteligência artificial
Os especialistas identificaram várias maneiras pelas quais o governo federal pode aumentar a capacidade do país de medir o plasma com eficácia. Uma das prioridades é desenvolver métodos de diagnóstico que possam suportar os intensos níveis de radiação esperados nas futuras centrais eléctricas de fusão. Outra é a criação de novas tecnologias que possam capturar os eventos extremamente rápidos que ocorrem durante os experimentos da CIF.
O relatório também destaca o uso da inteligência artificial (IA) para simplificar a concepção de sistemas de medição avançados. Além disso, exige a construção de uma forte rede de mão-de-obra para atrair e formar a próxima geração de cientistas de diagnóstico. Estas capacidades não só apoiam a energia de fusão, mas também fortalecem o ecossistema mais amplo da tecnologia de plasma e ajudam a melhorar a competitividade económica dos EUA.
“Louis e eu estamos gratos aos membros do grupo de trabalho e à comunidade em geral pela sua dedicação e trabalho árduo na produção deste relatório”, disse Regan. “Sua experiência e colaboração foram fundamentais na identificação das principais inovações necessárias para o avanço da tecnologia de diagnóstico.”
Principais recomendações para acelerar a inovação convergente
O relatório descreve várias recomendações importantes:
- Acelere a inovação: Acelere os avanços na tecnologia de medição por meio da verificação e verificação de código de modelagem, ferramentas de inteligência artificial e aprendizado de máquina e gêmeos digitais.
- Estabelecer uma rede nacional: Criar uma comunidade coordenada de inovação em medição modelada na LaserNetUS, possivelmente chamada CalibrationNetUS.
- Para formar a seleção nacional: Formar equipas nacionais para traduzir eficazmente novos conceitos de medição em métodos de diagnóstico de trabalho.
- Calibração padronizada: Adote uma abordagem mais sistemática para calibrar instrumentos de diagnóstico.
- Transferindo conhecimento para o setor privado: Compartilhar o conhecimento especializado em diagnóstico e a experiência operacional de instituições públicas com empresas privadas de fusão.
- Invista no pipeline de força de trabalho: Expandir os esforços de desenvolvimento da força de trabalho para atender às necessidades da planta piloto de fusão.
- Planeje operações remotas agora: As ferramentas de diagnóstico necessárias para a operação e manutenção remotas de futuras instalações de fusão serão discutidas num próximo workshop.
Sobre o relatório
O relatório completo e o resumo executivo estão disponíveis online.
Delgado-Aparicio e Regan lideraram o projeto sob a direção de Curt Bolton da FES. O grupo de trabalho desenvolveu capítulos separados. A equipe do Instituto de Ciência e Educação de Oak Ridge ajudou a organizar o workshop. A PPPL Communications forneceu suporte editorial e de gerenciamento de projetos, incluindo B. Rose Huber, Raphael Rosen e Kelly Lorraine Andrews. A direção de arte e design são liderados por Michael Branigan do Sandbox Studio, com ilustrações de Ariel Davis.
