Para operar sistemas de energia de fusão 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 a sustentação das reações de fusão. 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 forte investimento nas capacidades de diagnóstico de fusão do país. O documento argumenta que melhorar estas ferramentas é essencial para fornecer ao DOE e ao Congresso os dados de que necessitam para acelerar o desenvolvimento de centrais eléctricas de fusão comerciais.
Workshop DOE sobre Inovação em Medição
O relatório decorre do Workshop de Necessidades Básicas de Pesquisa sobre Inovação em Medição de 2024 do DOE, organizado pelo programa Fusion Energy Sciences (FES) do Office of Science. Luis Delgado-Aparicio, chefe de projetos avançados do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do DOE, preside o esforço, com Sean Regan, diretor da divisão experimental do Laboratório de Energética de Laser da Universidade de Rochester, atuando 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 que eram mais urgentemente 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 de Fusão do DOE, que “fornece a base científica e tecnológica para apoiar uma indústria competitiva de energia de fusão nos EUA, visando ações e marcos até meados da década de 2030”.
“As inovações em medição levaram e continuarão a levar a avanços científicos e de engenharia em programas de ciência e tecnologia de plasma apoiados pelo FES do DOE, particularmente ciência de energia de fusão”, disse Delgado-Aparicio. “Este novo relatório fornece resultados substantivos em sete áreas principais da ciência e tecnologia do plasma e da fusão. Acreditamos que terá um impacto significativo nas comunidades de fusão públicas e privadas.”
“Os resultados deste relatório são uma prova do papel crítico 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 áreas prioritárias na física do plasma
Setenta pesquisadores contribuíram para este relatório revisando sete tópicos principais da física do plasma financiados pelo programa FES do DOE:
- Plasma de baixa temperatura.
- Plasma de alta densidade energética.
- Interações plasma-material.
- Plasma ardente produzido por fusão por confinamento magnético (MCF).
- Queima de plasma produzida por fusão por confinamento inercial (ICF).
- Usina piloto de fusão baseada em MCF.
- Usina de fusão baseada em ICF.
Juntos, esses campos ampliam a ciência básica do plasma para o projeto de futuras instalações de energia de fusão.
Sensores sólidos, medições rápidas e ferramentas de IA
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 diagnósticos que possam suportar os intensos níveis de radiação esperados no interior de futuras centrais eléctricas de fusão. Outra é desenvolver novas técnicas que sejam capazes de capturar os eventos extremamente rápidos que ocorrem durante os experimentos da CIF.
O relatório também destaca o uso de inteligência artificial (IA) para agilizar o projeto de sistemas de medição avançados. Além disso, apela à 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 alimentam um ecossistema mais amplo de tecnologia de plasma que contribui para a competitividade económica dos EUA.
“Tanto Louise como eu agradecemos ao grupo de trabalho e aos membros da comunidade em geral pela sua dedicação e trabalho árduo na elaboração deste relatório”, disse Regan. “Sua experiência e colaboração foram fundamentais na identificação das inovações críticas necessárias para o avanço da tecnologia de diagnóstico.”
Principais recomendações para acelerar a inovação na fusão
O relatório faz várias recomendações importantes:
- Acelere a inovação: Acelere os avanços na tecnologia de medição, validando e validando código de modelagem, ferramentas de IA e aprendizado de máquina e gêmeos digitais.
- Estabelecer uma rede nacional: Crie uma comunidade integrada de inovação em medição com modelos conhecidos como lasernets, redes de calibração probabilísticas.
- Formação da Seleção Nacional: Reúna equipes nacionais para traduzir com eficiência novos conceitos de medição em diagnósticos acionáveis.
- Calibração Padrão: Adote uma abordagem mais sistemática para calibrar instrumentos de diagnóstico.
- Transferência de conhecimento para o setor privado: Compartilhar conhecimentos de diagnóstico e experiência operacional de instituições públicas com empresas privadas de fusão.
- Invista em um pipeline de força de trabalho: Expandir os esforços de desenvolvimento da força de trabalho para atender às necessidades das plantas piloto de fusão.
- Planeje agora para operações remotas: Os próximos workshops abordarão os equipamentos de diagnóstico necessários para operação e manutenção remotas de futuras instalações de fusão.
Sobre o relatório
O relatório completo, incluindo um resumo executivo, está disponível online.
Delgado-Aparicio e Regan lideram o projeto com orientação de Kurt Bolton da FES. Grupos de trabalho desenvolveram capítulos individuais. A equipe do Oak Ridge Institute for Science and Education ajudou a organizar o workshop. B. A assistência editorial e de gerenciamento de projetos veio do departamento de comunicação do PPPL, incluindo Rose Huber, Raphael Rosen e Kelly Lauren Andrews. A direção de arte e design são liderados por Michael Brannigan da Sandbox Studios, com ilustrações de Ariel Davis.
