segunda-feira, 19 de maio de 2014

Fusão Nuclear na Terra


A fusão nuclear ocorre nas estrelas gerando enormes quantidades de energia.




All the stars that we observe in the sky
Are first born, then develop and finally die.
Their birth is formed from the gas, the plasma and the grains,
Stemming from the residues of the Big Bang remains.
Forming a massive cloud with strong gravitational domination,
Causing the matter to condense and a temperature escalation,
Thus providing the ideal situation
For thermonuclear reaction continuation.
The continuous burning of the nuclear fuel for a length of time
Results in the radiation of the stars and their bright shine.
The nuclear burning is the time of their development
When the hydrogen is changed to the helium element.
The death of the star can usually depend
On its mass and whether it is alone or has a friend.
The star can collapse and take up a new role,
Either as a white dwarf, a neutron star or as a black hole.

In, The Fourth State of Matter - An Introduction to Plasma Science



A fusão nuclear é, potencialmente, uma fonte de energia ilimitada na Terra, além de ser segura e amiga do ambiente. Experiências realizadas no Joint European Torus (JET), no Culham Science Center, no Reino Unido (figuras 1 e 2), e noutros dispositivos experimentais de fusão, revelam que a fusão nuclear poderá desempenhar um papel importante na produção de energia básica, principalmente energia elétrica.



Figura 1 – Culham Science Center no Reino Unido.





Figura 2 – Esquema simplificado do JET (Joint European Torus), em operação em Culham.




A reação de fusão mais promissora e mais fácil de se conseguir atualmente na Terra é a que envolve os núcleos de deutério e trítio.
Esta reação controlada de fusão Deutério-Trítio foi realizada em 1997 no JET, tendo-se obtido uma potência de fusão na ordem da dezena de MW durante alguns segundos, com um máximo de 16 MW, utilizando cerca de 25 MW para manter o plasma às temperaturas necessárias para que ocorram reações de fusão nuclear. Nesta experiência obteve-se uma amplificação de potência (razão entre a potência gerada por fusão e a potência injetada no plasma – Q) de, aproximadamente, 0,65, estando ainda longe dos valores necessários para uma central elétrica de fusão nuclear (Q > 40).
Como o trítio é extremamente raro na natureza, a maior parte das experiências de fusão nuclear são realizadas apenas com deutério, sendo muito menos eficientes e o ganho de energia é menor.
Os combustíveis de uma futura central nuclear de fusão serão, certamente, o deutério e o trítio.
A abundância isotópica do deutério é de apenas 0,015%, no entanto pode ser extraído, em quantidades praticamente ilimitadas, da água do mar. Portanto, o deutério está bem distribuído geograficamente e, além disso, obtém-se de forma económica dado que existe cerca de 35 gramas deste elemento em cada metro cúbico de água.
O trítio necessário para as reações de fusão decai com um tempo de meia-vida de, aproximadamente, 12,3 anos, e é criado apenas pelos raios cósmicos, existindo, assim, em quantidades muito reduzidas na natureza. Contudo, o reator produzi-lo-á localmente através do bombardeamento com neutrões (produzidos na reação de fusão) da camada fértil de lítio, o qual é um dos materiais mais abundantes na crosta terrestre.



Clique aqui para guardar a animação em flash.



O ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor – em construção em França – figura 3) pretende demonstrar a viabilidade da fusão nuclear por confinamento magnético para uma futura central elétrica. O seu tokamak poderá produzir 500 MW a 700 MW de potência de fusão durante 400 segundos com o auxílio de 50 MW de potência de aquecimento, ou seja, com uma amplificação de energia de pelo menos 10 (Q=10). O ITER incorporará tecnologias fundamentais para um reator, com a construção e uso de componentes com as dimensões e desempenho de um reator: bobinas supercondutoras; componentes de alto fluxo de calor; sistemas de manutenção remota e dispositivos para manipulação de trítio. A figura 4 mostra um esquema simplificado do ITER com a indicação dos componentes principais de um tokamak.




Figura 3 – Construção do ITER em Saint-Paul-lèz-Durance, França.





Figura 4 – Esquema simplificado do ITER e indicação dos componentes principais de um tokamak.




A geração atual tem a responsabilidade de preparar as bases do conhecimento das soluções energéticas do futuro. A fusão nuclear, processo de produção de energia nas estrelas, com capacidade de produzir energia em larga escala e respeitadora do meio ambiente, deverá constituir uma opção energética indispensável para o futuro.


Uma fonte de energia nova e praticamente ilimitada, sem os efeitos nocivos dos gases responsáveis pelo «efeito de estufa» ou das chuvas ácidas, será a recompensa de uma exploração bem sucedida da energia nuclear para a geração de energia.
Relatório da COMISSÂO EUROPEIA



2 comentários:

  1. Olá Professor,

    Há muitos anos atrás (acho que em 1995/1996 ou 1996/1997) foi meu professor de Física e Química, no Marco de Canaveses. E foi mesmo muito importante. Licenciei-me em Física e Química, tirei um doutoramento em química inorgânica e actualmente estou a trabalhar num centro de investigação. Espero que continue a ser uma fonte de inspiração para os alunos.

    Joana

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    1. Olá, Joana!

      Gostei muito da tua mensagem (só reparei agora no blog!).
      Lembro-me, perfeitamente, de ti (das tuas capacidade e do teu empenho).
      Fiquei muito contente por saber que és DOUTORA e trabalhas num centro de investigação (o que não me surpreende).

      Desejo-te o melhor.
      Um grande abraço,
      Albino Rafael

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