Materiais ópticos e vidro a laser da SCHOTT: O "coração" da pesquisa de fusão nuclear

Pioneirismo no que parecia impossível: Recriando o sol

O sol e as estrelas em nossa galáxia estão se movimentando com reações de fusão. Uma quantidade infinita de átomos de hidrogênio está constantemente colidindo, amassando núcleos atômicos uns nos outros com tal força que eles se combinam e, como resultado, liberam energia na forma de luz e calor. Ser capaz de recriar e controlar essa reação aqui na Terra significaria desbloquear uma fonte de energia que não dependa de combustíveis fósseis, nem produza gases de efeito estufa ou resíduos radioativos que dizimam o planeta. 

Infelizmente, recriar a energia solar não é tão fácil quanto parece.

Tarefa

Os pesquisadores da NIF tinham dois problemas. Primeiro, eles precisavam de um material exclusivo que não só pudesse suportar grandes quantidades de energia, mas também fosse direto, filtrasse e até ampliasse a potência do laser ao longo do caminho. Isso lhes permitiria manter baixa a quantidade inicial de energia necessária para disparar os lasers, melhorando a probabilidade de ignição. 

Em segundo lugar, eles precisavam de protetores contra explosão que pudessem proteger o equipamento ajustado do laboratório contra danos toda vez que um experimento fosse realizado. E se quisessem executar experimentos com mais frequência, eles precisavam que esses protetores fossem econômicos e rápidos de fabricar.

Uma síntese de vidros especiais exclusivos permite a pesquisa na NIF

Vedação de vidro especial: 
Capaz de formar ligações firmes e duráveis, a especialização da SCHOTT em vedação de vidro ajudou a NIF a implementar hastes de vidro vedantes que não apenas são resistentes a ambientes de alta temperatura e resistentes contra choque térmico, mas também fornecem excelente transmissão de luz.

Vidro BOROFLOAT®: 
Resistente, leve e versátil, o BOROFLOAT®, um vidro de borossilicato produzido com o método float de baixa expansão térmica, resiste aos ambientes mais hostis, mantendo, ao mesmo tempo, uma transparência superior. Portanto, é o material perfeito para proteger o equipamento ajustado da NIF contra detritos.

Polarizadores, substratos de espelho rotativo, lanternas, placas de laser e muito mais:
Os tanques de fundição contínua e os cadinhos de lote único da SCHOTT permitiram a produção de componentes de vidro personalizados, adaptados para inúmeras aplicações específicas. Para a NIF, a SCHOTT fabricou mais de 4.000 componentes específicos para atender aos requisitos exclusivos dela.

Como o vidro da SCHOTT amplifica e orienta a energia do laser para facilitar a ignição nuclear

Um pulso de laser que é apenas alguns bilhões de joules, é transportado sobre fibras ópticas para 48 pré-amplificadores de vidro com neodímio, o que aumenta a energia inicial do laser várias vezes e define seu formato. Espelhos e lentes a laser guiam o feixe através de dois amplificadores maiores feitos de vidro a laser. Graças à ótica especializada, a iluminação do laser repete-se quatro vezes – tudo enquanto os espelhos, filtros e outros dispositivos utilizam vidro especial para formar um feixe uniforme, de alta qualidade e suave. 

Pouco antes de atingir o alvo, os feixes viajam através do conjunto final de ótica que converte 4 milhões de joules de energia infravermelha em 2 milhões de joules de energia ultravioleta, um comprimento de onda mais curto que é melhor para ignição. Essa energia ultravioleta colide com o alvo, comprimindo o combustível hidrogênio para 100 vezes a densidade do chumbo e criando temperaturas acima de 100.000.000 °C – por apenas uma fração de segundo, a NIF é o local mais quente em nosso sistema solar.

O que antes era considerado impossível agora é uma realidade – e isso é só o começo.

O que torna o vidro a laser a chave para a fusão nuclear? 

O vidro tem propriedades técnicas exclusivas, como a homogeneidade dos materiais, que o tornam um material hospedeiro ideal para os íons terras raras que fornecem potência aos lasers bombeados opticamente. O nível de homogeneidade e a faixa do índice de refração determinam a qualidade de um material óptico – e a SCHOTT é capaz de ajustar e alterar essas qualidades em uma variedade de produtos e componentes de vidro a laser ativo, que podem ser adaptados para atender às necessidades muito exclusivas e altamente técnicas, ópticas e industriais, exatamente para o que a NIF precisava para seu laser.  

 

A resiliência duradoura do vidro BOROFLOAT®

O vidro de borossilicato produzido com o método float da SCHOTT protege os valiosos componentes ópticos da NIF contra detritos. O BOROFLOAT ® não é apenas excepcionalmente transparente, ele também é mecânica, térmica e quimicamente resistente – portanto, o material perfeito para proteger os componentes ópticos da NIF contra detritos nocivos durante os raios laser. O processo de produção microfloat exclusivo da SCHOTT oferece um material com excelente qualidade de superfície e as excelentes qualidades de resistência à abrasão e a arranhões do BOROFLOAT® garantem que o vidro tenha bom desempenho até mesmo nos ambientes industriais mais exigentes.

 

Produção: O resultado 

Não há dúvidas de que uma especialização altamente técnica em ciência e engenharia de materiais foi fundamental para desenvolver o vidro a laser que ajudou a NIF a alcançar a ignição. Mas, sem uma especialização igualmente proficiente na fabricação e produção de vidros, esse vidro especial só iria até aí.

Em sua unidade de Duryea, na Pensilvânia, os especialistas em ótica da SCHOTT foram pioneiros em um processo de fundição contínua para criar chapas de vidro maiores que poderiam ser cortadas em pedaços menores. Onde os processos anteriores produziam apenas um substrato por dia, esse novo processo de fusão resultou em um rendimento mais alto, permitindo assim que a NIF aumentasse a frequência dos experimentos.