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Fusão Nuclear

Os fenômenos envolvidos na fusão nuclear constituem o fundamento das reações termonucleares que ocorrem no interior das estrelas. Fusão nuclear é a união dos prótons e nêutrons de dois átomos para formar um único núcleo atômico, de peso superior àqueles que lhe deram origem. Nesse processo, é liberada uma quantidade de energia equivalente à diferença entre a energia de ligação do novo átomo e a soma das energias dos átomos iniciais. São as reações de fusão nuclear que fornecem a energia irradiada pelo Sol, pela fusão de quatro átomos de hidrogênio para formar um átomo de hélio. Dados espectroscópicos indicam que esse astro é constituído de 73% de átomos de hidrogênio e 26% de átomos de hélio, sendo o restante fornecido pela contribuição de vários elementos.

Para que ocorra o processo de fusão, é necessário superar a força de repulsão elétrica entre os dois núcleos, que cresce na razão direta da distância entre eles. Como isso só se consegue mediante temperaturas extremamente elevadas, essas reações também se denominam reações termonucleares. Durante muito tempo, a única reação de fusão nuclear realizada na Terra era a utilizada na bomba de hidrogênio, em que a explosão atômica fornece a temperatura necessária (cerca de quarenta milhões de graus Celsius) para que a fusão tenha início.

A fusão nuclear controlada proporcionaria uma fonte de energia alternativa relativamente barata para a produção de eletricidade e contribuiria para poupar as reservas de combustíveis fósseis como o petróleo, o gás natural e o carvão, que decrescem rapidamente. As reações controladas podem ser obtidas com o aquecimento de plasma (gás rarefeito com elétrons e íons positivos livres), mas se torna difícil conter os plasmas nos altos níveis de temperatura requeridos para as reações de fusão auto-sustentadas, pois os gases aquecidos tendem a expandir-se e escapar da estrutura circundante. Experiências com reator de fusão já foram empreendidas em vários países.

Fonte: biomania.com.br

Fusão Nuclear

A possibilidade de criar armas empregando reações de fusão só foram levadas a sério a partir da descoberta da fissão nuclear. Quase imediatamente os físicos em todo mundo se deram conta que as altas temperaturas geradas pelas explosões de fissão poderiam ser usadas como ignitoras de reações de fusão. Tokutaro Hagiwara na Universidade de Kyoto propôs esta idéia num discurso em maio de 1941.

Fusão Nuclear

Enquanto trabalhava na pesquisa da bomba atômica, meses depois, em setembro de 1941, Enrico Fermi considerou com Edward Teller se uma reação de fissão poderia dar partida a uma reação de fusão, produzindo deutério. Depois de estudar o caso, Teller concluiu que não era possível e embora se pense que tenha abandonado o assunto, Teller começou a pensar mais profundamente sobre bombas de fusão. A produção de uma bomba de hidrogênio levou a se pensar numa grande fonte de energia que pudesse ser controlada. Mas, otimismo à parte dos cientistas da década de 50, que pensavam na fusão como alternativa definitiva para a fissão, pouco se conseguiu para o uso prático se não fosse necessário dominar os detalhes de todo um novo campo da ciência -a física do plasma. Entender isto, equivale a poder controlar o Sol. A fusão nuclear, tal como ocorre no interior do sol, acontece quando os núcleos de dois átomos se juntam, produzindo energia nesse processo. A fusão nuclear pode produzir energia calorífica 1.750 vezes maior do que a necessária para provocá-la. E a fusão não apresenta os perigos de radiação da fissão.

A dificuldade em duplicar a fusão nuclear é construir um aparelho que possa manter um "plasma" de núcleos fusáveis numa área bastante pequena, em temperaturas suficientemente elevadas (cerca de 100 milhões °C) para que ocorra a fusão. Observa Science Year de 1972: "As usinas de energia de fusão provavelmente usarão o lítio e duas formas de hidrogênio — o deutério e o trítio — como combustível. A água do mar possui suficiente deutério para satisfazer as necessidades durante 3 bilhões de anos e o lítio no quilômetro superior da crosta poderia satisfazê-las por 15 milhões de anos."

Em 31.10.1952 os EUA testaram a primeira bomba de hidrogênio, conhecida como "Mike" com potência aproximada de 1.000 vezes superior à bomba de Hiroshima. O atol de Elugelab no Pacífico, sobre o qual foi detonada, desapareceu completamente numa cratera de mais de 500 m de profundidade e mais de 2 km de extensão. Nove meses depois, em agosto de 1953, a URSS testou um dispositivo similar de menor potência.

"Ante as ameaças à paz e na ausência de um controle efetivo dos armamentos, o governo dos EUA deve prosseguir suas pesquisas, para um futuro desenvolvimento destes vastos recursos de energia para a defesa do mundo livre." -Gordon Dean, presidente da Comissão de Energia Atômica.

Reatores de Fusão

Os projetos de reator de fusão foram baseados em um Projeto Tokamak para o sistema de contenção magnética, o reator toroidal seria um aparelho maciço com cerca de 10 m de altura e 30 m de diâmetro. O Tokamak (Câmara Magnética Toroidal) é um potente eletroimã que através do seu campo magnético mantem a reação de fusão, sob a forma de plasma, contida em seu interior, sem tocar o material das paredes.

O projeto de um reator de fusão enfrenta muitos problemas técnicos, a começar pelas enormes diferenças de temperatura e fluxo de nêutrons em distâncias muito pequenas. Temperaturas de 100 milhões °C e fluxo de nêutrons de 1013 nêutrons/cm2 /s. Mas a apenas 2 m de distância, onde estão os magnetos supercondutores, o fluxo e a temperatura devem ser quase nulos.

Se for conseguido o aproveitamento da reação de uma bomba de hidrogênio para gerar energia por FUSÃO, o problema dos rejeitos radioativos (lixo) dos reatores nucleares, que permanece, por muitos anos, radioativos, deixará de existir porque o produto final do processo de fusão será o inócuo gás He. Por outro lado, será minimizado o problema de perda de calor em virtude da alta eficiência térmica prevista (40% a 60%, contra 39%).

O reator de fusão pretende basear-se na reação deutério-trítio (isótopos pesados do H2) que é a mais fácil. Poderá haver também a reação deutério-deutério ou deutério-isótopos do He. O trítio é obtido com o uso do Li-6.

São duas as dificuldades até agora encontradas:

1) As temperaturas são extremamente altas, da ordem de centenas de milhões de graus e todos os átomos se desintegram formando plasma.

A primeira dificuldade é obter essas temperaturas para ignição. Na bomba de hidrogênio usa-se uma pequena bomba de fissão para a ignição inicial. A bomba de hidrogênio Mark 17 levou à construção de mais bombas de diferentes tamanhos. A Mark 17 foi a maior de todas já construída.

São bombas limpas, sem resíduo radioativo, a não ser a pequena bomba de fissão usada para ignição. Pensa-se, agora, usar o raio laser para a produção da necessária temperatura de ignição.

Essas pesquisas foram realizadas em Michigan e tiveram os primeiros resultados positivos.

2) A segunda dificuldade é encapsular o plasma para a produção de energia. Não há metal conhecido ou liga metálica fabricada pelo homem que suporte temperaturas desta ordem.

Tem havido pesquisas, há muito tempo nos Estados Unidos, Rússia e Inglaterra e todas com grandes dificuldades e problemas até que em 1958 estes países resolveram abrir suas pesquisas e cooperar na solução do problema comum.

Os soviéticos anunciaram, em 1969, o Projeto Tokamak. O custo previsto, em 1990, era de 0,25 centavo de dólar/KWh que também seria o custo de energia produzida, nessa época, pelos reatores regeneradores.

Mas nenhum ainda atingiu ainda o ponto de equilíbrio em que a quantidade de energia gerada exceda a quantidade aplicada no reator.

Na opinião dos técnicos o reator de fusão será a solução a longo prazo para os problemas de eliminação da poluição atômica e térmica, para obtenção de combustível mais barato e energia a baixo preço.

Em agosto de 2001 foi noticiado que os cientistas do DIII-D (National Fusion Facilicity-San Diego) "estão prestes a conseguir dobrar a pressão do reator Tokamak para obter as condições necessárias para alcançar e manter uma reação de fusão nuclear".

Edward Teller, ao invés de considerar as usinas nucleares como vizinhos amigáveis, observou: "Um reator nuclear com branda infiltração pode colocar seu veneno radioativo sob uma camada estável de inversão e concentrá-lo em algumas centenas de milhas quadradas duma forma verdadeiramente mortífera. É por isso que a terra não é lugar para os reatores nucleares."

Fonte: www.energiatomica.hpg.ig.com.br

FUSÃO NUCLEAR

Fusão Nuclear

O Sol, um reator de fusão natural

Na Fusão Nuclear, dois ou mais núcleos atômicos se juntam e formam um outro núcleo de maior número atômico. A fusão nuclear requer muita energia para acontecer, e geralmente libera muito mais energia que consome. Quando ocorre com elementos mais leves que o ferro e o níquel (que possuem as maiores forças de coesão nuclear de todos os átomos, sendo portanto mais estáveis) ela geralmente libera energia, e com elementos mais pesados ela consome.

O Sol, um reator de fusão naturalO principal tipo de fusão que ocorre no interior das estrelas é o de Hidrogênio em Hélio, onde quatro prótons se fundem em uma partícula alfa (um núcleo de hélio), liberando dois pósitrons, dois neutrinos e energia. Mas dentro desse processo ocorrem várias reações individuais, que variam de acordo com a massa da estrela. Para estrelas do tamanho do sol ou menores, a cadeia próton-próton é a reação dominante. Em estrelas mais pesadas, predomina o ciclo CNO.

Vale ressaltar que há conservação de energia, e, portanto, pode-se calcular a massa dos quatro prótons e o núcleo de hélio, e subtrair a soma das massas das partículas iniciais daquela do produto desta reação nuclear para calcular a massa/energia emitida.

Utilizando a equação E=mc2, pode-se calcular a energia liberada, oriunda da diferença de massa. Uma vez que o valor do "c" é muito grande ( aprox. 3 . 108 m/s ), mesmo uma massa muito pequena corresponde a uma enorme quantidade de energia. É este fato que levou muitos engenheiros e cientistas a iniciar projetos para o desenvolvimento de reatores de fusão para gerar eletricidade. ( Por exemplo, a fusão de poucos cm3 de deutério, um isótopo de hidrogênio, produziria uma energia equivalente àquela produzida pela queima de 20 toneladas de carvão ).

Fonte: pt.wikipedia.org

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