O que é fusão nuclear?
A fusão nuclear (neste caso estamos falando de fusão termonuclear) é a reação
De acordo com a astrofísica modernanoções, a principal fonte de energia do Sol e de outras estrelas é a fusão termonuclear ocorrendo em suas profundezas. Em condições terrestres, é realizado com a explosão de uma bomba de hidrogênio. A fusão termonuclear é acompanhada por uma liberação colossal de energia por unidade de massa dos reagentes (cerca de 10 milhões de vezes mais do que nas reações químicas). Portanto, é de grande interesse dominar esse processo e, com base nele, criar uma fonte de energia barata e ecologicamente correta. No entanto, apesar de grandes equipes científicas e técnicas em muitos países desenvolvidos estarem engajadas em pesquisas sobre fusão termonuclear controlada (FTC), ainda existem muitos problemas complexos a serem resolvidos antes que a produção industrial de energia termonuclear se torne uma realidade.
Usinas nucleares modernas usando o processodivisões, satisfazem apenas parcialmente as necessidades mundiais de eletricidade. O combustível para eles são os elementos radioativos naturais urânio e tório, cuja abundância e reservas na natureza são muito limitadas; portanto, muitos países enfrentam o problema de importá-los. O principal componente do combustível termonuclear é o isótopo de hidrogênio deutério, encontrado na água do mar. As suas reservas estão publicamente disponíveis e são muito grandes (o Oceano Mundial cobre cerca de 71% da superfície da Terra e o deutério representa cerca de 0,016% do número total de átomos de hidrogénio que constituem a água).
Além da disponibilidade de combustível, as fontes de energia termonuclear têm as seguintes vantagens importantes sobre as usinas nucleares:
- o reator CTS contém muito menos materiais radioativos do que um reator de fissão nuclear e, portanto, as consequências de uma liberação acidental de produtos radioativos são menos perigosas;
- as reações termonucleares geram menos lixo radioativo de longa duração;
- TCB permite a geração direta de eletricidade.
O sucesso da implementação da reação de fusão depende das propriedades dos núcleos atômicos utilizados e da possibilidade de obtenção de um plasma denso de alta temperatura, necessário para iniciar a reação.
Como a energia é liberada durante a fusão?
A liberação de energia durante a fusão nuclear é devido aforças de atração extremamente intensas atuando dentro do núcleo; essas forças mantêm unidos os prótons e nêutrons que constituem o núcleo. Eles são muito intensos e decaem extremamente rápido com a distância. Além dessas forças, os prótons carregados positivamente criam forças repulsivas eletrostáticas. O raio de ação das forças eletrostáticas é muito maior do que o das forças nucleares, então elas começam a prevalecer quando os núcleos são removidos uns dos outros.
Em condições normais, a energia cinética dos núcleosátomos leves são muito pequenos para superar a repulsão eletrostática, eles podem se aproximar e entrar em uma reação nuclear. No entanto, a repulsão pode ser superada pela força "bruta", por exemplo, colidindo núcleos com alta velocidade relativa.
Por que os cientistas estão fazendo a fusão nuclear?
Pesquisadores desenvolvendo termonuclearum reator que pode gerar mais energia do que consome mostrou em uma série de trabalhos recentes que seus projetos devem funcionar, restaurando o otimismo de que esta fonte de energia limpa e ilimitada ajudará a aliviar a crise climática.
Um grupo de pesquisadores de MassachusettsO Instituto de Tecnologia (MIT) e outros institutos declaram que o reator compacto de fusão SPARC funcionará na realidade. Pelo menos em teoria, como afirmam em uma série de estudos publicados recentemente.
A equipe ressalta que durante as etapas de planejamento nãonenhum obstáculo inesperado ou surpresa foi encontrado. Isso é afirmado em sete artigos escritos por 47 pesquisadores de 12 instituições científicas diferentes.
Embora o novo reator ainda esteja em construçãoNas suas fases iniciais de desenvolvimento, os cientistas esperam que possa começar a produzir electricidade até ao final da década. Martin Greenwald, um dos cientistas seniores do projeto, disse ao The Guardian que uma das principais motivações para o ambicioso cronograma é atender às necessidades energéticas num mundo em aquecimento. “A fusão parece ser uma das soluções possíveis para sair da iminente catástrofe climática”, disse ele.
Qual é o problema da fusão e como ela pode ajudar o planeta?
Fusão nuclear, um processo físico quealimentar o nosso sol ocorre quando os átomos colidem em temperaturas e pressões extremamente altas, fazendo com que liberem grandes quantidades de energia ao se fundir com átomos mais pesados.
Desde que foi descoberto pela primeira vezNo último século, os cientistas procuraram aproveitar a fusão nuclear, uma forma de energia extremamente densa cujo combustível – isótopos de hidrogénio – é abundante e reabastecido. Além disso, a fusão nuclear não produz gases com efeito de estufa nem carbono e, ao contrário dos reactores de fissão nuclear, não acarreta o risco de um colapso.
No entanto, a utilização desta forma de energia nuclearrevelou-se extremamente difícil porque exigia o aquecimento da "sopa de partículas subatômicas" - o plasma - a centenas de milhões de graus - quente demais para ser manuseado por qualquer recipiente. Para contornar isso, os cientistas desenvolveram uma câmara em forma de donut com um forte campo magnético passando por ela, chamada tokamak, que mantém o plasma no lugar.
O que já está sendo desenvolvido?
Cientistas do Massachusetts Institute of Technologye a subsidiária Commonwealth Fusion Systems começaram a projetar um novo reator, mais compacto que seus antecessores, no início de 2018, com construção a começar no primeiro semestre do próximo ano. Se o cronograma for de acordo com o planejado, um reator chamado Sparc poderá produzir eletricidade para a rede até 2030, de acordo com pesquisadores e funcionários da empresa. Isso será muito mais rápido do que as principais iniciativas de energia de fusão existentes.
Os projetos atuais de reatores são muito grandese estradas para realmente gerar eletricidade para os consumidores. Usando ímãs ultrafortes e de última geração, a equipe do MIT e da Commonwealth Fusion espera criar um reator tokamak compacto, eficiente e escalável. “O que realmente fizemos foi combinar a ciência existente com novos materiais para abrir enormes novas possibilidades”, disse Greenwald.
Depois de demonstrar que o dispositivo Sparcpoderia teoricamente produzir mais energia do que o necessário para operação, em trabalhos de pesquisa publicados em setembro, a próxima etapa é construir um reator e, em seguida, uma planta piloto que irá gerar eletricidade na rede.
Todos os prós e contras da fusão nuclear
Cientistas e empresários há muito prometem quea fusão termonuclear está chegando, mas enfrentou problemas intransponíveis. Isso causou relutância em investir nele, especialmente porque a energia eólica, solar e outras fontes de energia renováveis, embora menos poderosas do que a fusão, tornaram-se mais eficientes e econômicas.
Mas a situação está mudando.No plano de US $ 2 trilhões de Biden, ele considerou a tecnologia nuclear avançada parte de uma estratégia de descarbonização. Os democratas apoiaram a energia nuclear pela primeira vez desde 1972. Investimentos significativos também vêm de fontes privadas, incluindo algumas grandes empresas de petróleo e gás, que veem a fusão como uma base de longo prazo melhor do que o vento e o sol.
De acordo com Bob Mumgaard, executivoDiretor da Commonwealth Fusion, o objetivo não é usar a fusão para substituir a energia solar e eólica, mas sim complementá-las. “Há coisas que serão difíceis de fazer apenas com energia renovável, em escala industrial, como abastecer grandes cidades ou fabricar”, disse ele. “É aí que a síntese pode ser útil.”
A comunidade de plasma como um todo está entusiasmada com o progresso do Sparc, embora alguns tenham questionado o cronograma ambicioso devido aos obstáculos técnicos e regulatórios.
Daniel Jessby, 25 anos de pesquisa científicaum associado do Laboratório de Física de Plasma de Princeton, é cético se um reator de fusão como o SPARC poderia se tornar uma possível fonte de energia alternativa. O trítio, um dos isótopos de hidrogênio que o Sparc usará como combustível, não ocorre na natureza e deve ser produzido, afirmou.
Equipe Tecnológica de MassachusettsO Instituto assume que esta substância será continuamente regenerada pela própria reação de síntese. Mas Jessby acredita que isso exigirá uma grande quantidade de eletricidade, tornando o reator proibitivamente caro. “Quando você pensa que obtemos energia solar e eólica gratuitamente, seria tolice confiar na reação de fusão”, conclui.
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