O crescente senso de urgência em torno do desenvolvimento da tecnologia de fusão para produção de energia nos Estados Unidos ganhou outro impulso esta semana com o lançamento de um relatório de consenso da comunidade por um grupo diversificado de pesquisadores da academia, laboratórios governamentais, e indústria. Uma das principais recomendações é o desenvolvimento de uma usina piloto de fusão, uma meta ambiciosa que seria um passo importante em direção a uma indústria americana de energia de fusão.

O relatório - o primeiro de seu tipo em quase 20 anos e o produto de um novo processo de colaboração de 15 meses - identifica necessidades científicas de alta prioridade que podem ajudar a preencher lacunas no conhecimento da fusão e facilitar o esforço para tornar a fusão uma fonte de energia prática. Ele será usado pelo Comitê Consultivo de Ciências de Energia de Fusão do Departamento de Energia dos EUA (FESAC) enquanto realiza uma nova fase de planejamento estratégico para seu programa de Ciências de Energia de Fusão, a principal fonte dos EUA de financiamento de pesquisa de fusão.

Se aproveitado com sucesso, fusão mudaria fundamentalmente a rede de energia do mundo, oferecendo segurança, abundante, produção de eletricidade sem carbono.

Cerca de 300 membros da comunidade de fusão elaboraram seu consenso durante três grandes reuniões de workshop e centenas de sessões de grupos de trabalho online, usando um processo de votação anônimo que deu a todos os participantes a chance de se expressarem livremente. As principais prioridades relacionadas à energia incluem:

• desenvolvimento de uma instalação de fonte de nêutrons compartilhada que pode ser usada para o desenvolvimento de materiais críticos e projetos de usinas de energia;
• o cultivo contínuo do conhecimento da física do plasma por meio da participação contínua no programa internacional ITER e da colaboração público-privada expandida nos Estados Unidos; e
• Projeto pré-conceitual imediato de uma nova instalação de tokamak dos EUA, que começaria a operar no final da década e apoiaria o trabalho de extração de energia do calor de exaustão e sustentação de plasma.

Também foram identificadas várias "oportunidades e necessidades de pesquisa" que são amplamente aplicáveis ​​nos campos de fusão e plasma:uso de tecnologias de computação avançadas para melhor compreensão e modelagem; desenvolvimento de diagnósticos de plasma aprimorados; maior apoio para parcerias público-privadas; e abraçando a diversidade, capital próprio, e inclusão, junto com o desenvolvimento de uma força de trabalho mais multidisciplinar.

"Esta é a primeira vez em uma geração em que a comunidade de fusão foi chamada a se auto-organizar e definir suas maiores prioridades para passar da ciência de fusão à energia de fusão, "diz Bob Mumgaard, executivo-chefe da divisão do MIT Commonwealth Fusion Systems (CFS), uma de um número crescente de empresas privadas que buscam a fusão. "Como podemos nos preparar, com dados, experiência, instalações de teste - as coisas que são necessárias para apoiar a ciência, e, eventualmente, uma indústria.

"A National Academies of Science (NAS) publicou um bom relatório [no final de 2018], que disse que devemos ser ousados ​​e fazer a fusão agora e criar instalações de teste, "acrescenta Mumgaard." Mas isso é diferente porque é toda a comunidade, unidos em um esforço de base muito transparente para responder a perguntas sobre o que estamos fazendo, O que precisa ser feito, e o que estamos dispostos a não fazer. Não foi feito em uma sala dos fundos, mas pelos próprios cientistas, e eles criaram um plano e prioridades - é legal. "

Nathan Howard, um cientista pesquisador do Plasma Science and Fusion Center do MIT, foi um dos sete co-presidentes que compartilharam a supervisão do desenvolvimento do relatório, que será usado no desenvolvimento de planos estratégicos de longo prazo para programas de ciência de fusão em resposta a um pedido da FESAC emitido em novembro de 2018.

"A American Physical Society Division of Plasma Physics assumiu a liderança e reuniu nós sete para coletar dados da comunidade, "explica Howard. Além da energia de fusão, o esforço também gerou recomendações extensas para a Discovery Plasma Science, um campo diversificado de pesquisa mais básica com impacto na astrofísica, física de plasma de alta densidade de energia, e outras disciplinas.

Um desenvolvimento importante ao longo do caminho foi a criação de vínculos mais profundos entre o grupo focado na fusão de confinamento magnético e aquele focado em materiais e tecnologias relacionados à fusão.

"Realmente não fazia sentido que eles fossem separados, "observa Howard." A fusão ocorreu naturalmente durante o processo e foi motivada em parte pelo relatório de queima de plasma NAS, que disse que os EUA deveriam prosseguir com a construção de uma planta piloto de fusão, um reator que demonstrará a criação de eletricidade a partir da fusão e um ciclo fechado de combustível de fusão. A comunidade de fusão adotou a construção de uma planta piloto como sua missão durante o processo "

Embora a pesquisa adicional de plasma seja importante para atingir esse objetivo, adiciona Howard, "a comunidade reconheceu muito claramente que precisamos de mais ênfase em materiais de fusão e tecnologia. Onde estamos mais faltando no progresso em direção a uma usina de energia é em áreas como o projeto do cobertor [a área ao redor do reator, usado para produzir combustível de fusão] e materiais relevantes para a fusão. "

Muitas das questões de materiais pendentes são aplicáveis ​​não apenas à fusão de confinamento magnético, incluindo os reatores do tipo tokamak que receberam a maior atenção de desenvolvimento até o momento, mas também para confinamento inercial e outras abordagens, que oferecem diferentes oportunidades e desafios.

O destinatário oficial do relatório é um subcomitê da FESAC presidido por Troy Carter, professor de física da Universidade da Califórnia em Los Angeles e diretor do Basic Plasma Science Facility e do Plasma Science and Technology Institute da universidade. Ele elogiou Howard e os outros co-presidentes por "trabalharem muito arduamente para organizar o esforço e reunir tantas pessoas. O relatório é muito atraente, e toda a comunidade deve ser elogiada - isso é um exemplo para futuras iterações do processo e torna o trabalho do meu subcomitê muito mais fácil. "

Em particular, diz Carter, "os membros juniores da comunidade realmente se destacaram. Os copresidentes são, em sua maioria, juniores e em meio de carreira, e é importante que seja o plano deles, porque dada a escala de tempo, eles serão os responsáveis ​​pela implementação. "

Carter observa que, embora soubesse que o conceito de dirigir agressivamente em direção a uma planta piloto tinha suporte, "Fiquei um pouco surpreso com o quão fortemente foi adotado no processo. É ambicioso, e nos aponta na direção de usar a inovação para colocar a energia de fusão na rede muito mais rápido. Ainda há muito trabalho a ser feito na física do plasma central, mas também precisamos trabalhar em materiais e outras tecnologias, no qual não estamos nos esforçando o suficiente agora. É revigorante ver esse amplo apoio para a mudança de direção. "

O grupo de Carter irá agora incorporar as conclusões do relatório em planos estratégicos que refletem vários cenários de orçamento que foram fornecidos.

"Colocaremos tudo para fora para aproveitar as oportunidades na ciência e avançar em direção ao objetivo de realizar uma planta piloto. Temos informações realmente boas sobre iniciativas e orientações sobre priorização, ", diz ele." Mas muitas das iniciativas não estão no nível de design conceitual, então teremos que trabalhar um pouco para descobrir quanto custarão. Temos especialistas em gerenciamento de projetos para trabalhar, e também pessoas do lado privado - temos três membros conectados a empresas de fusão privadas, e também envolverá outros pontos de vista externos. "

Esse processo deve levar cerca de oito meses, diz Carter, com os resultados sendo submetidos à FESAC por volta do final do ano. Depois de uma votação, passaria a ser o conselho oficial da FESAC para o Departamento de Energia. "É algo em que muitas pessoas no Congresso estão interessadas, "observa Carter.

Mumgaard, da CFS, diz que a entrega do relatório pode ser um momento chave para os Estados Unidos, com o potencial de levar a uma nova política de fusão, Ação do Congresso para apoiar a indústria de fusão nascente e se preparar para o licenciamento e regulamentação de usinas de energia, e financiamento contínuo que daria aos líderes acadêmicos e de laboratórios nacionais confiança para contratar pessoal e construir infraestrutura. "Parece que as coisas estão indo na direção certa, "diz ele." A comunidade científica tem de falar a uma só voz, e este é o processo que cria essa voz. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.