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Com a produção de 50 gramas de plutónio-238, pesquisadores do Departamento de Energia de Oak Ridge National Laboratory (ORNL) restauraram a capacidade produtiva de plutónio-238 Americana, adormecida durante perto de 20 anos, e deram rumo a capacidade de dar energia à NASA e a outras missões.

O plutónio-238 produz calor à medida que decai e pode ser usado em sistemas que dão energia a instrumentos de naves. A nova amostra, que é o mesmo pó de oxido usado na manufactura de fontes de aquecimento, representam a primeira demonstração de capacidade de Norte-Americana de produção de plutónio-238 desde que a Central de River Savannah terminou produção no final dos anos 1980's.

Pesquisadores irão analisar as amostras de pureza química do conteúdo de plutónio-238, depois verificar modelos de eficiência de produção e determinar se será necessário fazer ajustes antes de aumentar a produção.

'Uma vez automatizado e escalado o processo, os EUA terão uma capacidade de longo alcance para produzir sistemas com o poder de radioisótopos, tal como os usados por missões da NASA para exploração espacial profunda,' disse Bob Wham, que lidera o projecto do laboratório Nuclear de Segurança e Divisão de Tecnologia de Isótopo.

O sucesso de Wham e uma equipa de engenheiros e técnicos na ORNL chega dois anos depois da NASA começar a distribuir fundos de 15 milhões por ano para voltar a dar a capacidade do departamento de fazer plutónio-238.

A produção iniciou-se no Laboratório Nacional de Idaho, que armazena o inventário existente de neptúnio-237 e envia conforme necessário para o ORNL. Os engenheiros misturam o óxido de neptúnio-237 com alumínio e pressionam a mistura em bolinhas de alta-densidade. Usaram o Alto Reactor de Fluxo de Isótopos para irradiar as bolinhas, criando neptúnio-238, que começa a decair rapidamente, tornando-se plutónio-238.

As bolinhas irradiadoras são depois dissolvidas e o pessoal da ORNL utiliza um processo químico para separar o plutónio do restante neptúnio. O plutónio é convertido em óxido e enviado para o Laboratório Nacional de Los Alamos, onde o material será armazenado até ser necessário para uma missão. O restante neptúnio é reciclado para novos alvos para produzir mais plutónio-238.

Há actualmente apenas 35 Kg de plutónio-238 colocados de lado para missões da NASA, e apenas metade deste fornecimento vai ao encontro das especificações necessárias. Isto é suficiente para dar poder a duas ou três missões da NASA durante os anos de 2020's. Felizmente, o material adicional que será produzido na ORNL pode ser fundido com a porção existente, que não vai ao encontro das especificações, de modo a usar no inventário existente.

Com a continuação dos fundos da NASA, os laboratórios nacionais de Oak Ridge e Idaho podem assegurar as necessidades da NASA, produzindo inicialmente 300 a 400 gramas de material por ano, e posteriormente, com a automação do processo, um aumento para 1,5 Kg por ano.

'Com a produção inicial do óxido de plutónio-238, demonstrámos que o nosso processo funciona e que estamos prontos a mover para a próxima fase da missão,' disse Wham.

A próxima missão da NASA planeada para o uso de um gerador termoeléctrico de radioisótopos, é no Mars Rover 2020, que está planeado ser lançado em Julho de 2020. A missão irá procurar sinais de vida em Marte e irá testar tecnologia para a exploração humana e reunirá amostras de rochas e solo que poderão ser trazidas de volta à Terra.

Esta tecnologia tem tanto significado, que permite a baterias Li-ion termicamente duráveis, serem usadas numa maior variedade de aplicações, tais como máquinas motorizadas em larga escala industrial, e máquinas médicas que precisem aquecimento para esterilização em autoclave. Uma vez que esta tecnologia não necessita de um sistema de arrefecimento das baterias Li-ion convencionais, espera-se que leve a mais desenvolvimentos de sistemas compactos de baterias, reduzindo desse modo os custos gerais.

A alta densidade energética das baterias Li-ion, está já a ser usada como fonte de energia em aplicações como aparelhos portáteis (smartphone ou tablet), veículos eléctricos e ajustadores de oferta e procura de energia renovável.

As baterias convencionais de Li-ion consistem de um separador, uma camada de eléctrodos positivos e uma camada de eléctrodos negativos. A bateria está cheia de uma solução electrólica orgânica na qual os iões de lítio são conduzidos entre as duas camadas de eléctrodos durante o processo de carga e descarga.

Uma questão relativa à bateria Li-ion convencional, com a solução orgânica electrólica, é a duração térmica. O limite das temperatura mais elevadas está limitado a cerca de 60ºC devido à volatilidade da solução electrólica orgânica. Consequentemente, é difícil usar as convencionais baterias Li-ion num ambiente de alta temperatura sem um sistema de arrefecimento.

Portanto, o electrólito sólido, sem volatilidade, tem sido desenvolvido na utilização de baterias Li-ion em ambientes de temperatura elevada. A condutividade dos iões de lítio de electrólito sólido, no entanto, é mais reduzida do que a da solução orgânica electrólica, e a resistência interna das baterias Li-ion, deverão ser reduzidos para comercialização.

O Prof. Shin-ichi tem conduzido a pesquisa da LiBH4 -hidretos complexos baseados como novos e eletrólitos sólidos. Eles confirmaram a condutividade de iões de lítio numa ampla gama de temperaturas, desde a temperatura ambiente até 150 ° C.

Conheça o 'Modo Super-H,' um novo modo recentemente descoberto de plasma tokamak que pode impulsionar a performance de futuros reactores de fusão. Este novo estado aumenta a pressão das pontas do plasma para além do que se julgava possível, criando um potencial de aumento de produção de energia de um núcleo super-quente do plasma.

A descoberta deste modo levou a uma nova linha de pesquisa dentro da física do plasma que irá permitir definir o caminho para aumentar energia. A rota poderá ser particularmente promissora para o ITER - a experiência internacional em construção em França para demonstrar a fiabilidade da energia de fusão.

Pesquisadores liderados por Wayne Solomon do departamento de energia dos EUA, Laboratório de Física e Plasma de Princeton (PPPL), motivado pelas suas descobertas, estão teorias acerca do estado do plasma para além do 'Modo-H', o regime actual para uma performance elevada do plasma.

Philip Snyder, director de Teoria e Ciência Computacional para o Grupo de Conceitos Avançados e Energia Atómica Geral, desenvolveu as teorias, com a surpreendente descoberta de um modelo chamado EPED, que predisse mais do que um tipo de limite na região de plasmas tokamat, com o previamente desconhecido 'Modo Super-H', entre eles.

Tais regiões são chamadas de 'pedestais' porque servem com saliências no plasma de 'Modo-H' a partir do qual a pressão diminui grandemente. Quanto maior e mais largo o pedestal, maior a densidade e a temperatura, que juntos agem como garrafas térmicas que contém o plasma fabricado, a mais de 100 milhões de graus. 'É um modo importante de atingir a energia de fusão eficientemente,' diz Snyder, que o modelo prediz que uma nova altura de pedestal corresponde ao 'Modo Super-H'.

Verificação destas teorias, foi o que os pesquisadores encontraram. As suas experiências atingiram um regime de 'Modo Super-H' aumentando consistentemente a densidade num estado de imobilidade que naturalmente evita colapsos do pedestal. O resultado faz com que o pedestal siga um caminho estreito no 'Modo Super-H', a física equivalente a passar um barco através de encostas rochosas.