{"id":21126,"date":"2011-08-29T23:21:59","date_gmt":"2011-08-29T23:21:59","guid":{"rendered":"https:\/\/www.institutodeengenharia.org.br\/?p=21126"},"modified":"2011-08-29T16:50:24","modified_gmt":"2011-08-29T16:50:24","slug":"fusao-nuclear-sonho-da-energia-das-estrelas-continua-brilhando","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.institutodeengenharia.org.br\/site\/2011\/08\/29\/fusao-nuclear-sonho-da-energia-das-estrelas-continua-brilhando\/","title":{"rendered":"Fus\u00e3o nuclear: sonho da energia das estrelas continua brilhando"},"content":{"rendered":"

\nO homem sonha em domar a fus\u00e3o nuclear desde que Hans Bethe explicou de onde as estrelas tiravam tanta energia.[Imagem: Cortesia de RSC]<\/em> <\/p>\n

Fonte definitiva de energia<\/strong> <\/p>\n

Em busca de uma alternativa para a matriz energ\u00e9tica mundial, muitos cientistas acreditam que s\u00f3 a energia das estrelas pode representar um passo decisivo para a humanidade. <\/p>\n

\u00c0s voltas com a sujeira e os riscos causados pela fiss\u00e3o nuclear, ainda debatendo se os biocombust\u00edveis valem a pena ou n\u00e3o, o mundo se v\u00ea \u00e0s voltas com uma matriz essencialmente baseada no petr\u00f3leo e seus parentes pr\u00f3ximos, o carv\u00e3o e o g\u00e1s natural. <\/p>\n

Para achar uma sa\u00edda desse beco, as duas \u00fanicas tecnologias com potencial disruptivo s\u00e3o a fotoss\u00edntese artificial e a fus\u00e3o nuclear. <\/p>\n

Os experimentos com folhas artificiais est\u00e3o apenas come\u00e7ando. Mas o homem sonha em domar a fus\u00e3o nuclear desde que Hans Bethe explicou de onde as estrelas tiravam tanta energia. <\/p>\n

Tentativas de produzir a fus\u00e3o nuclear<\/strong> <\/p>\n

A primeira tentativa de produzir a fus\u00e3o nuclear na Terra n\u00e3o \u00e9 de boa lembran\u00e7a: em 1\u00ba de Novembro de 1952, os Estados Unidos usaram uma bomba similar \u00e0 usada em Hiroshima apenas para dar a igni\u00e7\u00e3o na primeira bomba de hidrog\u00eanio. Funcionou, mas a coisa se mostrou t\u00e3o perigosamente descontrolada que o projeto foi deixado de lado. <\/p>\n

O recorde mundial de fus\u00e3o nuclear hoje pertence ao reator tokamak do JET (Joint European Torus), no Reino Unido. Com 15 metros de di\u00e2metro e 12 metros de altura, ele consumiu 20 MW para produzir 16 MW – mas a fus\u00e3o nuclear se sustentou por menos de 10 segundos. <\/p>\n

Hoje, todos os esfor\u00e7os para bater esse recorde e gerar energia s\u00e3o pac\u00edficos – ao menos os que se conhece. E os projetos de fus\u00e3o nuclear n\u00e3o s\u00e3o mais exclusividade dos governos e suas universidades: j\u00e1 h\u00e1 empresas privadas trabalhando na \u00e1rea. <\/p>\n

\"\"
\nO ITER usar\u00e1 um reator do tipo tokamak, que usa um gigantesco campo magn\u00e9tico para confinar um plasma que dever\u00e1 atingir uma temperatura de 45 milh\u00f5es de graus Celsius [Imagem: ITER]<\/p>\n

<\/em>ITER<\/strong> <\/p>\n

O maior desses esfor\u00e7os \u00e9 o ITER, sigla em ingl\u00eas de Reator Internacional Termonuclear Experimental, que come\u00e7ou a ser erguido em Cadarache, na Fran\u00e7a. <\/p>\n

Com um investimento planejado de US$21 bilh\u00f5es, o projeto pretende consumir 50 50 megawatts (MW) de energia para dar partida em uma produ\u00e7\u00e3o de 500 MW. Em 2027, se tudo der certo. <\/p>\n

O problema \u00e9 que ningu\u00e9m sabe se vai dar certo. Muitos f\u00edsicos dizem que n\u00e3o vai funcionar. Outros afirmam que o ITER funcionar\u00e1 como um excelente laborat\u00f3rio de f\u00edsica, mas nunca ser\u00e1 uma usina de gera\u00e7\u00e3o de energia eficiente. <\/p>\n

O ITER usar\u00e1 um reator do tipo tokamak, que usa um gigantesco campo magn\u00e9tico para confinar um plasma que dever\u00e1 atingir uma temperatura de 45 milh\u00f5es de graus Celsius para dar partida na fus\u00e3o de deut\u00e9rio-tr\u00edcio. <\/p>\n

Se funcionar, um quilograma (kg) de combust\u00edvel de fus\u00e3o vai gerar tanta energia quanto 10 milh\u00f5es de kg de carv\u00e3o. <\/p>\n

Outro experimento j\u00e1 atingiu 25 milh\u00f5es de graus Celsius, ainda abaixo do ponto de partida da fus\u00e3o. Mas os projetistas do ITER confiam em seu 18 gigantescos \u00edm\u00e3s supercondutores, cada um pesando 360 toneladas, para confinar uma quantidade de plasma suficiente para chegar l\u00e1. <\/p>\n

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\nVis\u00e3o interna do reator Ignitor, mostrando a cavidade em formato de anel onde o plasma ficar\u00e1 confinado por campos magn\u00e9ticos extremamente fortes. A fus\u00e3o nuclear dever\u00e1 ocorrer no interior desse plasma. [Imagem: Bruno Coppi]<\/em><\/p>\n

Ignitor
\n<\/strong>
\nO Ignitor \u00e9 um projeto conjunto entre a It\u00e1lia e a R\u00fassia, bem menos ambicioso que o ITER. <\/p>\n

O Ignitor ser\u00e1 na verdade uma vers\u00e3o ampliada do Alcator C-Mod, desenvolvido pela equipe do professor Bruno Coppi, do MIT. <\/p>\n

O reator, que est\u00e1 sendo erguido nas proximidades de Moscou, ter\u00e1 aproximadamente o dobro do tamanho do Alcator, com uma c\u00e2mara principal em forma de anel com 1,3 metro de di\u00e2metro – a c\u00e2mara do ITER ter\u00e1 6,2 metros de di\u00e2metro. <\/p>\n

O Alcator n\u00e3o nasceu para gerar energia, mas como um laborat\u00f3rio para estudar as estrelas. <\/p>\n

Ao longo dos anos, os cientistas foram aprimorando seus detalhes t\u00e9cnicos, a ponto de atingirem um est\u00e1gio no qual eles acreditam ser vi\u00e1vel usar a tecnologia para produzir temperaturas suficientes para iniciar a fus\u00e3o nuclear. <\/p>\n

Como est\u00e3o trabalhando em uma \u00e1rea desconhecida, os cientistas parecem mais interessados em trocar experi\u00eancias do que em competir. Evgeny Velikhov, respons\u00e1vel pelo lado russo do projeto, tamb\u00e9m \u00e9 membro do conselho do ITER. <\/p>\n

Mas o Dr. Coppi n\u00e3o se cansa de dizer, entrevista ap\u00f3s entrevista, que, mesmo que o Ignitor nunca gere mais energia do que consumir, ainda assim a astrof\u00edsica ter\u00e1 muito a ganhar com o experimento. <\/p>\n

Sterellator<\/strong> <\/p>\n

O tokamak n\u00e3o \u00e9 o \u00fanico caminho para tentar domar a fus\u00e3o nuclear. <\/p>\n

O projeto Wendelstein 7-X, do Instituto Max Planck, da Alemanha, est\u00e1 construindo um reator de fus\u00e3o do tipo stellarator – ele ser\u00e1 o maior do mundo desse tipo. <\/p>\n

Um tokamak \u00e9 alimentado por uma corrente de plasma. Essa corrente fornece uma parte do campo magn\u00e9tico respons\u00e1vel por isolar o pr\u00f3prio plasma das paredes do reator. O grande problema \u00e9 evitar as “disrup\u00e7\u00f5es”, as instabilidades do plasma circulante pelo torus. <\/p>\n

Um reator do tipo stellarator n\u00e3o tem corrente, eliminando de pronto o problema das instabilidades do plasma. Esse tipo de reator tem um desenho esquisito, mas tamb\u00e9m tem seus pr\u00f3prios problemas, como uma tend\u00eancia a perder energia. <\/p>\n

Cada stellarator foge \u00e0 sua pr\u00f3pria maneira do tipo “cl\u00e1ssico”, fazendo modifica\u00e7\u00f5es e otimiza\u00e7\u00f5es que tentam coibir os defeitos o obter um funcionamento cont\u00ednuo. <\/p>\n

O Wendelstein 7-X ter\u00e1 50 bobinas supercondutoras, medindo 3,5 metros de altura cada uma, para gerar o campo magn\u00e9tico prim\u00e1rio. Para completar o sistema de conten\u00e7\u00e3o do plasma ser\u00e1 usada uma camada adicional com 20 bobinas planares, colocadas sobre as primeiras, que ter\u00e3o o papel adicional de permitir o controle da intensidade do campo magn\u00e9tico. <\/p>\n

O conjunto todo \u00e9 contido dentro de uma estrutura de 16 metros de di\u00e2metro. Uma usina de refrigera\u00e7\u00e3o fornecer\u00e1 5.000 Watts de h\u00e9lio l\u00edquido para manter a supercondu\u00e7\u00e3o dos fios que formam as bobinas. <\/p>\n

O Wendelstein 7-X ser\u00e1 um reator de pesquisa, sem inten\u00e7\u00e3o de produzir energia. Na verdade, a inten\u00e7\u00e3o \u00e9 demonstrar a viabilidade da constru\u00e7\u00e3o de uma usina de fus\u00e3o nuclear usando um reator do tipo stellarator. Se tudo ocorrer segundo o cronograma, o reator dever\u00e1 entrar em funcionamento em 2014. <\/p>\n

Fus\u00e3o nuclear com laser<\/strong> <\/p>\n

O projeto europeu Hiper (sigla em ingl\u00eas de Pesquisa de Energia Laser de Alta Pot\u00eancia) pretende atingir as altas temperaturas necess\u00e1rias para iniciar a fus\u00e3o nuclear usando um equipamento de raio laser do tamanho de um est\u00e1dio de futebol. <\/p>\n

Um laser de alta pot\u00eancia vai comprimir \u00e1tomos de hidrog\u00eanio para conseguir uma densidade 30 vezes maior do que a do chumbo. <\/p>\n

Um segundo laser vai aumentar a temperatura do hidrog\u00eanio comprimido acima dos 100 mih\u00f5es de graus Celsius – ao menos \u00e9 o que os c\u00e1lculos indicam. <\/p>\n

Nessas condi\u00e7\u00f5es, os n\u00facleos do hidrog\u00eanio dever\u00e3o se fundir para formar h\u00e9lio. <\/p>\n

Iniciado em 2008, o Hiper \u00e9 financiado pela Comiss\u00e3o Europeia e envolve 26 institui\u00e7\u00f5es de dez pa\u00edses. <\/p>\n

Motor de fus\u00e3o<\/strong> <\/p>\n

Os cientistas da empresa privada Helion Energy s\u00e3o bem mais comedidos do que seus parceiros institucionais. <\/p>\n

Seu reator de fus\u00e3o nuclear \u00e9 um equipamento cil\u00edndrico de 16 metros de comprimento e pouco mais de um metro de di\u00e2metro. <\/p>\n

Chamado de “motor de fus\u00e3o”, o reator n\u00e3o usar\u00e1 supermagnetos supercondutores mantidos em temperaturas criog\u00eanicas: ele usar\u00e1 um processo conhecido como configura\u00e7\u00e3o de campo reverso. <\/p>\n

Em vez de confinar o plasma em uma estrutura toroidal, como no tokamak, o motor de fus\u00e3o vai acelerar duas pequenas bolas de plasma uma em dire\u00e7\u00e3o \u00e0 outra. <\/p>\n

Manter o plasma isolado em um aparato linear \u00e9 muito mais simples do que o formato toroidal, exigindo um campo magn\u00e9tico menos intenso e mais f\u00e1cil de controlar. \u00c9 por isso que o reator \u00e9 t\u00e3o menor do que seus concorrentes. <\/p>\n

Se os c\u00e1lculos estiverem corretos, a colis\u00e3o dever\u00e1 gerar calor suficiente para fundir os n\u00facleos dos \u00e1tomos, aquec\u00ea-los e iniciar a fus\u00e3o de forma sustentada. <\/p>\n

Como a fus\u00e3o ocorre em um ponto determinado no espa\u00e7o \u00e9 mais f\u00e1cil tamb\u00e9m recolher os n\u00eautrons gerados. Os n\u00eautrons s\u00e3o essenciais para gerar o combust\u00edvel da fus\u00e3o. <\/p>\n

E, se eles escaparem, podem tornar radioativas as pe\u00e7as met\u00e1licas do equipamento com as quais entrarem em contato – isso acontecer\u00e1 no ITER, que dever\u00e1 trocar as partes internas do seu reator periodicamente. <\/p>\n

O prot\u00f3tipo do motor de fus\u00e3o atingiu uma temperatura de 25 milh\u00f5es de graus Celsius, bem abaixo do necess\u00e1rio. Mas os cientistas calculam que a temperatura necess\u00e1ria ser\u00e1 alcan\u00e7ada com um equipamento apenas tr\u00eas vezes maior. <\/p>\n

A NASA e o Departamento de Defesa dos Estados Unidos j\u00e1 investiram US$5 milh\u00f5es na empresa, que agora est\u00e1 procurando parceiros privados para levantar mais US$20 milh\u00f5es, necess\u00e1rios para construir a vers\u00e3o final do seu motor de fus\u00e3o. <\/p>\n

Fus\u00e3o geral<\/strong> <\/p>\n

A empresa canadense General Fusion est\u00e1 usando uma outra abordagem para tentar obter a fus\u00e3o nuclear sustentada. <\/p>\n

A t\u00e9cnica chama-se fus\u00e3o de plasma magnetizado e consiste em iniciar a fus\u00e3o em um plasma comprimido de forma intensa e r\u00e1pida no interior de uma esfera girat\u00f3ria de metal l\u00edquido. <\/p>\n

O reator funciona em ciclos sequenciais, com cada compress\u00e3o do plasma magnetizado produzindo um “disparo” de energia gerada pela fus\u00e3o. <\/p>\n

S\u00e3o quatro ciclos: cria\u00e7\u00e3o do plasma de deut\u00e9rio e tr\u00edcio, aprisionamento do plasma em um campo magn\u00e9tico, compress\u00e3o do plasma magnetizado, gerando a fus\u00e3o e, finalmente, captura do calor gerado pela fus\u00e3o para uso em uma usina termoel\u00e9trica. <\/p>\n

Os resultados ainda s\u00e3o modestos: segundo a empresa, o aparato produziu uma temperatura de 5 milh\u00f5es de graus Celsius durante 1 microssegundo. <\/p>\n

Mas a General Fusion tem mais dinheiro para construir vers\u00f5es maiores do seu reator: os US$30 milh\u00f5es foram levantados entre investidores privados, entre os quais Jeff Bezos, da Amazon. <\/p>\n

Fus\u00e3o secreta<\/strong> <\/p>\n

H\u00e1 uma outra empresa privada na \u00e1rea, chamada Tri Alpha Energy, que n\u00e3o gosta de aparecer e nem divulga seus projetos, mas que aparentemente est\u00e1 usando um conceito criado pelos f\u00edsicos Norman Rostoker e Hendrik Monkhorst. <\/p>\n

A ideia \u00e9 misturar hidrog\u00eanio e boro-11 em um plasma de alta temperatura para gerar a fus\u00e3o. <\/p>\n

O processo de confinamento usa a mesma configura\u00e7\u00e3o de campo reverso, mas aparentemente mantendo toda a energia de entrada dentro do reator – os el\u00e9trons do combust\u00edvel seriam confinados eletrostaticamente e os \u00edons seriam aprisionados magneticamente. <\/p>\n

Os pesquisadores acreditam que, com o calor e a densidade adequadas, esses \u00edons v\u00e3o se fundir para liberar energia. <\/p>\n

Recentemente circularam boatos de que a empresa teria levantado US$90 milh\u00f5es, tendo entre seus investidores Paul Allen, cofundador da Microsoft. Mas as empresas de capital de risco apontadas nos boatos n\u00e3o listam a empresa em sua carteira de investimentos. <\/p>\n

Em um artigo cient\u00edfico publicado em 2010, seus cientistas afirmam ter alcan\u00e7ado uma temperatura de 5 milh\u00f5es de graus Celsius durante 2 milissegundos. <\/p>\n

J\u00e1 houve v\u00e1rios boatos sobre a imin\u00eancia de um teste “no ano que vem”, que ainda n\u00e3o aconteceu. Os mais otimistas opinam que uma vers\u00e3o comercial do reator Rostoker\/Monkhorst – capaz de produzir mais energia do que consome – n\u00e3o sair\u00e1 antes de 2020. <\/p>\n

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\nA fus\u00e3o nuclear a frio, ou fus\u00e3o de baixa energia, n\u00e3o pretende ser usada para gera\u00e7\u00e3o de energia, mas poder\u00e1 ser \u00fatil na \u00e1rea m\u00e9dica. [Imagem: Melvin Miles]
\n<\/em>
\nFus\u00e3o nuclear a frio
\n<\/strong>
\nH\u00e1 tamb\u00e9m propostas mais controversas para a fus\u00e3o nuclear, embora n\u00e3o voltadas especificamente para a produ\u00e7\u00e3o de energia. <\/p>\n

A principal delas \u00e9 a chamada fus\u00e3o nuclear a frio, ou fus\u00e3o de baixa energia, que mostra os ind\u00edcios da fus\u00e3o por meio dos n\u00eautrons gerados no processo – pouqu\u00edssimos n\u00eautrons, em compara\u00e7\u00e3o com os experimentos que pensam em gerar energia. <\/p>\n

A ideia surgiu em 1989, quando Martin Fleishmann e Stanley Pons afirmaram ter verificado a fus\u00e3o nuclear em uma c\u00e9lula eletrol\u00edtica. Mas nenhum outro grupo conseguiu reproduzir o experimento. <\/p>\n

A esperan\u00e7a renasceu em 2009, quando Pamela Mosier-Boss e sua equipe modificaram ligeiramente a c\u00e9lula eletrol\u00edtica de Fleishmann e Pons e tiveram resultados animadores, ainda que fr\u00e1geis demais para qualquer uso pr\u00e1tico. <\/p>\n

Mas a fus\u00e3o nuclear a frio s\u00f3 voltou a ser levada a s\u00e9rio em 2010, quando a Sociedade Americana de Qu\u00edmica promoveu um evento de dois dias exclusivamente para discutir o assunto. Deste o fiasco inicial, quem se atrevia a pesquisar a \u00e1rea preferia trabalhar em sil\u00eancio. <\/p>\n

Foram mais 50 apresenta\u00e7\u00f5es de experimentos que apresentaram resultados significativos, suficientes para colocar o assunto em pauta novamente. Mas ningu\u00e9m sonha em usar a fus\u00e3o a frio para gera\u00e7\u00e3o de energia. <\/p>\n

Fus\u00e3o por cavita\u00e7\u00e3o<\/strong> <\/p>\n

Pelo menos tr\u00eas grupos se envolveram em uma pretensa fus\u00e3o nuclear em um equipamento de mesa, desde que Rusi Taleyarkhan e seus colegas do Laborat\u00f3rio Nacional Oak Ridge afirmaram ter conseguido iniciar a fus\u00e3o pelo colapso de microbolhas. <\/p>\n

Seth Putterman, da Universidade da Calif\u00f3rnia, fez uma demonstra\u00e7\u00e3o semelhante em 2005, mas usando o aquecimento de um cristal em um ambiente de deut\u00e9rio. A produ\u00e7\u00e3o de n\u00eautrons, contudo, foi muito pequena, e os cientistas nunca chegaram a afirmar que a t\u00e9cnica seria \u00fatil para a gera\u00e7\u00e3o de energia. <\/p>\n

No mesmo ano, uma equipe da Universidade Purdue afirmou ter confirmado o experimento de Taleyarkhan, baseado na cavita\u00e7\u00e3o de microbolhas. <\/p>\n

Contudo, depois da contesta\u00e7\u00e3o de outros cientistas, a Universidade fez uma sindic\u00e2ncia e concluiu que Yiban Xu e Adam Butt haviam falseado os resultados.<\/p>\n

Autor: Inova\u00e7\u00e3o Tecnol\u00f3gica<\/b><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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