Fusão nuclear: A energia do futuro

A revolução industrial, iniciada no final do século 18, marcou a era da produção e do consumo, influenciando radicalmente nas condições de vida humana. Notavelmente, as máquinas utilizadas no processo de transformação de bens, em substituição ao trabalho humano, necessitavam de energia em grande escala. Já nessa época, os impactos foram profundos.

Neste início de século, o consumo desenfreado de energia elétrica tornou-se uma preocupação iminente, visto que o agravamento desse problema pode levar a uma séria crise energética e com isso afetar o desenvolvimento social e econômico ao redor do mundo.

Uma das razões para essa previsão sombria é o possível ou provável esgotamento dos recursos naturais, sobretudo dos combustíveis fósseis, em especial originados do petróleo, gás e carvão mineral, como ingredientes geradores de eletricidade. Associada à incerteza dessa projeção, pesa o fato de que os combustíveis fósseis são considerados poluentes, não renováveis e, pelo seu uso descontrolado, potencialmente causadores do aquecimento global.

Atualmente, algumas empresas e governos estão preocupados em encontrar soluções para os desafios climáticos e energéticos globais, mais voltadas à pesquisa e ao desenvolvimento de fontes alternativas de energia renovável, autossustentável, limpa e abundante.

Um dos grandes avanços que se espera nesse campo é a obtenção de energia por meio da fusão nuclear, uma técnica diferente da fissão nuclear como aquela utilizada nas usinas de energia nuclear.

O que é fusão nuclear?

A fusão nuclear consiste em colidir e unir átomos de hidrogênio para formar átomos de hélio mais pesados, liberando enorme quantidade de energia nessa reação.

A luz que vemos e o calor que sentimos são resultados da fusão nuclear, um processo que ocorre no núcleo do sol. No interior do Sol, sob enorme pressão, a temperatura chega a 15 milhões de graus Celsius (15 x 10⁶ ºC) e, a cada segundo, transforma 600 milhões de toneladas (600 x 10⁹ kg) de hidrogênio em hélio.

Propósito do projeto internacional ITER para a fusão

O ITER (palavra originada do latim, que significa “caminho”) é um experimento científico em grande escala, que visa demonstrar a viabilidade tecnológica da energia de fusão, como parte de uma solução alternativa, frente às necessidades globais de energia.

O propósito científico do projeto ITER é produzir 10 (dez) vezes mais energia em relação ao seu consumo. Ou seja, a partir de 50 MW de potência de entrada, a máquina do ITER está sendo projetada para produzir 500 MW de energia de fusão, abrindo caminho para demonstrar a confiança do projeto como fonte de energia à fusão.

O megaprojeto está sob a responsabilidade do consórcio internacional, formado por sete países (a União Europeia, China, Índia, Japão, Rússia, Coreia do Sul e os Estados Unidos).
Hoje, o reator de fusão nuclear encontra-se em construção em Cadarache, no sul da França, com operação inicial prevista para 2020.

Fusão na terra

A ciência do século XX tornou a reação de fusão nuclear mais eficiente e promissora para ser reproduzida em laboratório, utilizando a reação entre dois isótopos diferentes de hidrogênio - deutério (D) e trítio (T), elementos perfeitamente encontrados na natureza.

Nos reatores experimentais a fusão, denominados de “tokamaks”, operacionais em alguns laboratórios no mundo, plasmas são aquecidos a temperaturas muito altas. Plasmas são conhecidos como o quarto estado da matéria (além dos outros três conhecidos: sólido, líquido e gasoso).

O ITER baseia-se no conceito de “tokamak” de confinamento magnético intenso, no qual o plasma é contido num recipiente de vácuo em forma de toroide. O combustível, uma mistura de dois isótopos de hidrogênio - deutério e trítio, é aquecido a temperaturas que excedem 150 milhões graus Celsius, formando um plasma quente, eletricamente carregadas.
Nesse ambiente, os campos magnéticos intensos, produzidos por bobinas supercondutoras, e a indução de corrente elétrica são usados para manter e controlar o plasma para fora das paredes do "tokamak".
Quando os núcleos de deutério e trítio se fundem, eles formam núcleos de hélio e nêutron, e uma grande quantidade de energia.
O núcleo de hélio, que carrega uma carga elétrica, ficarão confinados dentro do plasma, pela ação dos campos magnéticos do "tokamak". No entanto, a maior parte (cerca de 80 %) da energia liberada está na forma de nêutrons, que não tem carga elétrica e, por isso, não é afetada por campos magnéticos. Os nêutrons serão absorvidos pelas paredes circundantes do "tokamak", transferindo sua energia para as paredes em forma de calor. No ITER, este calor será dispersado através de torres de resfriamento.

No entanto, em futuras instalações de fusão industrial, o calor poderá ser utilizado para produzir vapor convencional e, por meio de turbinas e geradores, produzir energia elétrica.
Fonte: ITER

crédito: ITER
Tokamak do ITER
Corte do ITER Tokamak, mostrando o interior da câmara de vácuo em forma de toroide.