A tecnologia secreta que pode liberar energia de fusão comercial

Um novo relatório apoiado pelo Departamento de Energia dos EUA (DOE) pede um investimento mais forte nas capacidades de diagnóstico de fusão do país. O documento argumenta que melhorar essas ferramentas é essencial para fornecer ao DOE e ao Congresso os dados necessários para acelerar o desenvolvimento de usinas de fusão comerciais.

Oficina do DOE sobre Inovação em Medição

O relatório resulta da Oficina de Necessidades Básicas de Pesquisa de 2024 do DOE sobre Inovação em Medição, organizada através do programa de Ciências de Energia de Fusão (FES) do Escritório de Ciência. Luis Delgado-Aparicio, chefe de projetos avançados no Laboratório de Física Plasma de Princeton (PPPL) do DOE, presidiu o esforço, com Sean Regan, diretor da Divisão Experimental do Laboratório de Dinâmica a Laser da Universidade de Rochester, atuando como co-presidente.

Os participantes incluíram especialistas de universidades, empresas privadas e laboratórios nacionais como o PPPL. O objetivo era determinar quais tecnologias de diagnóstico e medição são mais urgentemente necessárias para manter a liderança dos EUA em energia de fusão e ciência do plasma. A oficina também apoiou os objetivos do Roteiro de Ciência e Tecnologia da Fusão do DOE, que “tem como alvo ações e marcos até meados da década de 2030, fornecendo a base científica e tecnológica para apoiar uma indústria de energia de fusão competitiva nos EUA.”

“Inovações em medição levaram e continuarão a levar a avanços científicos e de engenharia em atividades de ciência e tecnologia de plasma apoiadas pelo FES do DOE, especialmente em ciências de energia de fusão,” disse Delgado-Aparicio. “Este novo relatório fornece descobertas substantivas em sete áreas-chave da ciência e tecnologia de plasma e fusão. Acreditamos que impactará tanto as comunidades de fusão pública quanto privada de maneira significativa.”

“As descobertas deste relatório são um testemunho do papel crítico dos diagnósticos em impulsionar a 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 em Física do Plasma

Setenta pesquisadores contribuíram para o relatório, revisando sete tópicos principais de física do plasma financiados pelo programa FES do DOE:

• Plasma de baixa temperatura.
• Plasma de alta densidade de energia.
• Interação plasma-matéria.
• Plasma queimando criado através da fusão por confinamento magnético (MCF).
• Plasma queimando criado através da fusão por confinamento inercial (ICF).
• Usinas piloto de fusão baseadas em MCF.
• Usinas de fusão baseadas em ICF.

Conjuntamente, essas áreas abrangem desde a ciência fundamental do plasma até o design de futuras instalações de energia de fusão.

Sensores Mais Resistentes, Medições Mais Rápidas e Ferramentas de IA

Os especialistas identificaram várias maneiras pelas quais o governo federal poderia fortalecer a capacidade do país de medir plasma de forma eficaz. Uma prioridade é o desenvolvimento de diagnósticos que possam suportar os altos níveis de radiação esperados dentro das futuras usinas de fusão. Outra é a criação de novas técnicas capazes de capturar os eventos extremamente rápidos que ocorrem durante os experimentos de ICF.

O relatório também destaca o uso de inteligência artificial (IA) para otimizar o design de sistemas de medição avançados. Além disso, solicita a construção de um forte pipeline de força de trabalho para atrair e treinar a próxima geração de cientistas de diagnóstico. Essas capacidades não apenas apoiam a energia de fusão, mas também reforçam um ecossistema mais amplo de tecnologia de plasma que contribui para a competitividade econômica dos EUA.

“Tanto Luis quanto eu agradecemos aos membros dos grupos de trabalho e à comunidade mais ampla por sua dedicação e trabalho árduo para elaborar este relatório,” disse Regan. “Sua experiência e colaboração foram fundamentais na identificação das inovações críticas necessárias para avançar as tecnologias de diagnóstico.”

Principais Recomendações para Acelerar a Inovação em Fusão

O relatório delineia várias recomendações principais:

• Acelerar a Inovação: Acelerar o progresso em tecnologias de medição validando e verificando códigos de modelagem, ferramentas de IA e aprendizado de máquina, e gêmeos digitais.
• Estabelecer uma Rede Nacional: Criar uma comunidade de inovação em medição coordenada, modelada após o LaserNetUS, potencialmente chamada CalibrationNetUS.
• Formar Equipes Nacionais: Montar grupos nacionais para transformar eficientemente novos conceitos de medição em diagnósticos funcionais.
• Padronizar Calibrações: Adotar uma abordagem mais sistemática para a calibração de instrumentos de diagnóstico.
• Transferir Conhecimento para o Setor Privado: Compartilhar expertise de diagnóstico e experiência operacional das instituições públicas com empresas de fusão privadas.
• Investir em um Pipeline de Força de Trabalho: Expandir os esforços de desenvolvimento da força de trabalho para atender às necessidades de usinas piloto de fusão.
• Planejar Agora para Operações Remotas: Tratar das ferramentas de diagnóstico necessárias para a operação e manutenção remota das futuras instalações de fusão em oficinas futuras.

Sobre o Relatório

O relatório completo, juntamente com um resumo executivo, está disponível online.

Delgado-Aparicio e Regan lideraram o projeto com a orientação de Curt Bolton do FES. Grupos de trabalho desenvolveram capítulos individuais. A equipe do Oak Ridge Institute for Science and Education ajudou a organizar a oficina. O suporte editorial e de gerenciamento de projetos veio do Departamento de Comunicações do PPPL, incluindo B. Rose Huber, Raphael Rosen e Kelly Lorraine Andrews. A direção de arte e design foi liderada por Michael Branigan do Sandbox Studio, com ilustrações de Ariel Davis.