Pesquisadores do Sandia National Laboratories Z Machine abriram um novo capítulo em sua jornada de 20 anos rumo a maiores resultados de fusão ao introduzir o trítio, o isótopo de hidrogênio mais carregado de nêutrons, ao combustível de seus alvos.

Quando Z dispara, seu enorme campo eletromagnético esmaga o combustível pré-aquecido, forçando-o a fundir. O combustível enriquecido com trítio deve liberar muito mais nêutrons do que os máximos anteriores em Z, já está entre as mais altas do mundo.

"Essa coisa de criar energia onde não existia antes - ainda não temos uma fogueira, mas estamos esguichando partida na grelha, "disse Mike Cuneo, gerente sênior do grupo Pulsed Power Accelerator Science and Technology da Sandia.

A saída do Z tem sido usada ao longo de décadas para fornecer informações para simulações de computador que testam a prontidão do estoque nuclear da América sem explodir uma arma real. Também é usado por astrofísicos que usam as pressões e temperaturas momentaneamente surpreendentes da máquina para entender as condições nas estrelas e nos núcleos dos planetas. E alguns esperam que as pressões criadas principalmente pela eletricidade e magnetismo um dia possam alcançar condições de fusão nuclear adequadas para a produção de energia; esta condição é chamada de "alto rendimento".

A introdução de trítio é de alto interesse técnico porque uma mistura 50/50 de trítio e deutério - os dois isótopos de hidrogênio - emite 80 vezes mais nêutrons, e 500 vezes mais energia, do que deutério sozinho. Energia do deutério - por assim dizer, um combustível de octanagem relativamente baixa - tem sido o limite superior da produção em Z.

Mas ainda é cedo. Uma simulação em julho, testar hardware de contenção e instrumentação, precedeu o primeiro experimento de trítio de Z três semanas depois, quando uma fração de um por cento foi cautelosamente introduzida no combustível do experimento.

"Vamos rastejar antes de andar e correr, "disse Cuneo." Vamos aumentar gradualmente essa fração nos experimentos contidos à medida que avançamos. "

Apenas dois outros departamentos de energia apoiados, locais de pesquisa de alta densidade de energia, no Lawrence Livermore National Laboratory e no Laboratory for Laser Energetics da University of Rochester, foi aprovado para usar trítio, um potencial perigo ambiental.

Os experimentos Sandia usam eletromagnéticos para esmagar o alvo mais massivo de Z e toda a sua área de suporte ao alvo como se fossem atingidos por uma marreta. Ao contrário das instalações de laser, a câmara Z deve ser inserida pelo pessoal após cada experimento para reformar a instalação para o próximo experimento. Nessas condições, a introdução de trítio no alvo requer extremo cuidado e premeditação no design, transporte e contenção de trítio para atender a padrões de segurança rigorosos.

"O trítio é como areia na praia, entra em tudo, "disse Cuneo." Então, por enquanto, não podemos deixá-lo ir a lugar nenhum. "O isótopo é uma pequena molécula com muita mobilidade, e o primeiro grande obstáculo, ele diz, é garantir que o material radioativo com sua meia-vida de 12 anos não migre para as piscinas de milhões de galões de água e óleo que isolam os componentes de energia pulsada de Z. "As instalações de laser não têm essas piscinas, "ele apontou.

O trítio também pode se ligar às paredes de metal da área central de Z, apresentando um risco radioativo potencial onde os técnicos entram diariamente para esfregar após cada injeção.

Contudo, usando o mesmo design exclusivo que continha plutônio em mais de uma dúzia de tiros Z anteriores, nenhum trítio foi lançado.

Quase 100 funcionários Sandia contribuíram diretamente para o esforço, financiado pelo programa de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido por Laboratório da Sandia. Também participaram pesquisadores da General Atomics, Laboratório Nacional de Los Alamos, a University of New Mexico e a Utah State University.

O trabalho futuro será financiado pela National Nuclear Security Administration (NNSA).

"Houve um alto nível de integração na contenção das instalações e proteção contra radiação, para fazer direito, "disse Brent Jones, líder de integração de instalações. "O grupo de transferência de gás Sandia-Califórnia, com décadas de experiência lidando com trítio, desenvolveu um método de habitação, entrega e contenção do material. Eles construíram um dispositivo que poderia carregar uma pequena, mas definida quantidade de trítio; as pessoas do gerador de nêutrons encheram o alvo com trítio; e o pessoal do confinamento de plutônio contribuiu com sua experiência em injeções. "

A equipe agora deve avaliar se o trítio pode ser usado com segurança em experimentos não contidos, seu objetivo final. Os testes confinados podem avaliar a compatibilidade do trítio com os materiais e pressões de Z, mas não meça com precisão as saídas de fusão.

"O uso de trítio contido em Z é o primeiro passo nesta jornada, "disse Cuneo." Há muito mais trabalho a fazer.

"Semelhante ao que é feito nas instalações de laser [fusão], uma ideia [para um experimento não contido] é purgar o trítio imediatamente após uma injeção para que não grude nas paredes da câmara Z. Precisamos ser capazes de purgar com eficiência a seção central de volta a um nível seguro antes que os técnicos entrem para restaurá-la. "

Experimentos não controlados começarão com níveis muito pequenos de trítio e aumentarão gradualmente em um processo de vários anos. "Esperamos descobrir que seremos capazes de lidar com segurança de 1-3 por cento de trítio em experimentos não contidos, o suficiente para avançar os aplicativos de fusão de confinamento inercial, outras aplicações de ciência de armas e testes de efeitos de nêutrons, "Cuneo disse.

Levará pelo menos três anos antes que os experimentos se aproximem da mistura 50/50 de trítio e deutério, dependendo do financiamento e das prioridades de Sandia e NNSA para Z.