A tecnologia oculta que poderia desbloquear a energia de fusão comercial

Um novo relatório apoiado pelo Departamento de Energia dos EUA (DOE) apela a um investimento mais forte 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 necessários 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 por meio do 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, presidiu o esforço, com Sean Regan, diretor da Divisão Experimental do Laboratório de Energética 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 são 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 “visa ações e marcos até meados da década de 2030, fornecendo a base científica e tecnológica para apoiar uma indústria competitiva de energia de fusão nos EUA”.

“As 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 ciências de energia de fusão”, disse Delgado-Aparicio. “Este novo relatório fornece descobertas substantivas 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.”

“As descobertas deste relatório são uma prova do 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 em direção à energia de fusão comercial e fortalecer a liderança da América na ciência do plasma”.

Sete áreas prioritárias em física de plasma

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

• Plasma de baixa temperatura.
• Plasma de alta densidade energética.
• Interação plasma-material.
• Plasma ardente criado através de fusão por confinamento magnético (MCF).
• Plasma ardente criado através de fusão por confinamento inercial (ICF).
• Centrais piloto de fusão baseadas em MCF.
• Centrais de fusão baseadas em ICF.

Juntas, essas áreas abrangem a ciência fundamental do plasma até o projeto 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 o plasma de forma eficaz. Uma prioridade é desenvolver diagnósticos que possam suportar os intensos níveis 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 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 reforçam um ecossistema mais amplo de 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 elaboração deste relatório”, disse Regan. “Sua experiência e colaboração foram fundamentais na identificação das inovações críticas necessárias para o avanço das tecnologias de diagnóstico.”

Principais recomendações para acelerar a inovação em fusão

O relatório descreve várias recomendações importantes:

• Acelere a inovação: Acelere o progresso nas 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 coordenada de inovação em medição modelada a partir da LaserNetUS, potencialmente chamada CalibrationNetUS.
• Formar Seleções Nacionais: Reunir grupos nacionais para transformar eficientemente novos conceitos de medição em diagnósticos funcionais.
• Padronizar calibrações: Adote uma abordagem mais sistemática para calibrar instrumentos de diagnóstico.
• Transferir 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: Abordar as ferramentas de diagnóstico necessárias para operação e manutenção remotas de futuras instalações de fusão nos próximos workshops.

Sobre o relatório

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

Delgado-Aparicio e Regan lideraram o projeto com orientação de Curt Bolton da FES. Grupos de trabalho desenvolveram capítulos individuais. A equipe do Oak Ridge Institute for Science and Education ajudou a organizar o workshop. O apoio 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 foram liderados por Michael Branigan do Sandbox Studio, com ilustrações de Ariel Davis.