Fusão nuclear:o que é e onde estamos

A fusão nuclear é uma reação que libera muita energia de baixo impacto.Mas, na prática, a tecnologia nuclear limpa ainda é imatura.

O'energia nuclear entra periodicamente no discurso político, como fonte de energia limpa e de baixa emissão.Além dos prós e contras desta tecnologia, já há algum tempo o tema da fusão nuclear.A fusão nuclear é apresentada como o “energia nuclear limpa” porque, ao contrário da fissão nuclear que caracteriza as usinas de hoje, produziria quantidades quase ilimitadas de energia sem emissões de gases nocivos ou gases com efeito de estufa e com a produção de quantidades limitadas de resíduos radioactivos, incluindo trítio.Um entusiasmo particular foi gerado porexperimento bem sucedido no início de 2022, realizada por uma equipa de investigação europeia em Inglaterra, o Joint European Torus (Jet) de Oxford, e na qual foi testado um impulso de energia de fusão nuclear com duração de pelo menos cinco segundos, o dobro da experiência anterior ocorrida em 1997.Estes tempos que acabamos de descrever deixam claro o quanto a pesquisa ainda está atrasada no desenvolvimento da tecnologia de fusão nuclear.Segundo uma piada antiga, a fusão nuclear é aquilo que durante cinquenta anos se acreditou que chegaria dentro de trinta anos.É verdade que a fusão nuclear controlada poderia – em teoria – resolver problemas de fornecimento de energia na Terra, mas é uma tecnologia no alvorecer de sua evolução, e que, portanto, por si só, não é capaz de resolver os problemas ditados pela urgência climática.

• O que é fusão nuclear
• Como funciona a fusão nuclear
• História da fusão nuclear, energia nuclear limpa
• Porque a fusão nuclear ainda não funciona
• Então, e a fusão a frio?

O que é fusão nuclear

A fusão nuclear, por definição, é uma reação nuclear em que os núcleos de dois ou mais átomos se unem formando o núcleo de um novo elemento químico, mais ou menosoposto da fissão nuclear, reação na base das atuais usinas nucleares, onde um átomo pesado se divide em dois ou mais pedaços de menor massa.Para que a fusão seja possível é necessário uma grande quantidade de energia, capaz de superar a repulsão eletromagnética dos núcleos.

Este processo é na base das estrelas, incluindo o Sol, e foi reproduzido artificialmente pela primeira vez na década de 1950 para amplificar o poder da bomba atômica (a chamada bomba H).Desde a década de 1960, foram realizadas inúmeras experiências para explorar a energia produzida pela fusão nuclear, mas projectos deste tipo são ainda em construção.

Como funciona a fusão nuclear

Como mencionado, a fusão nuclear é a reação químico-física na base das estrelas em que o gás quente, o plasma, é mantido confinado e coeso por sua própria força gravitacional.Estas são reações a temperaturas muito altas, portanto o principal problema é encontrar um material capaz de manter confinado o plasma gerado durante a reação.As reações mais interessantes testadas até agora são aquelas que envolvem o uso de deutério ou que exploram o ciclo carbono-nitrogênio-oxigênio.São reações que produzem temperaturas inferiores às geradas pelas estrelas e, portanto, ainda não exploráveis ​​para fins energéticos.

A reação mais estudada há décadas, para usar a fusão em um reator de uma usina para produzir eletricidade, é fusão deutério-trítio, porque é o que requer a temperatura mais baixa (cerca de 200 milhões de graus).A desvantagem desta reação é a produção de nêutrons de energia muito alta, portanto muito rápidos, que não podem ser confinados por um campo magnético.Os nêutrons, portanto, interagem fortemente com a matéria circundante, tornando radioativos os materiais usados ​​para confinar a reação, como aço ou concreto armado.Portanto, a ativação desses nêutrons requer blindagem muito pesada (por exemplo, chumbo).

Alguns experimentos focaram Reações “aneutrônicas”, para evitar a criação de nêutrons rápidos.Mas estes projetos têm de lidar com temperaturas ainda mais elevadas:lá reação de hélio 3-deutério, por exemplo, pode produzir 580 milhões de graus.Em comparação com a fusão deutério-trítio, seria necessário aumentar em 6 vezes a intensidade do campo magnético e, portanto, a capacidade de confinamento, que poderia ser oferecida pela tecnologia de supercondutores de alta temperatura.

Dentro das estrelas, a fusão nuclear é do tipo deutério-deutério que produz nêutrons com energia significativamente menor que os dois exemplos anteriores, mas com temperaturas ainda mais altas.Para conter esta energia, no entanto, são necessários novos ímanes baseados em supercondutores de alta temperatura ainda mais avançados, que, no entanto, ainda não são tecnologicamente alcançáveis, a menos que antes algumas décadas.

Embora estejamos a falar de temperaturas muito elevadas, não foram teorizados problemas de segurança específicos e, segundo vários especialistas, se existissem seriam menos perigoso em comparação com o que poderia acontecer num sistema de fissão nuclear cujas reações em cadeia amplificam a energia e, portanto, o calor produzido.

História da fusão nuclear, energia nuclear limpa

A primeira experiência remonta a 1932, quando Mark Oliphant realizou a fusão em laboratório com isótopos pesados ​​de hidrogénio.Pesquisa de fusão para fins militares começaram no início da década de 1940 como parte do Projeto Manhattan (um programa de pesquisa e desenvolvimento conduzido pelos Estados Unidos que levou à criação de bombas atômicas) e em 1952 foram usados a primeira bomba H (no jargão Ivy Mike e detonada nas Ilhas Marshall, num atol que ainda abriga uma cúpula de concreto com resíduos radioativos de testes nucleares embaixo).

Nos últimos sessenta anos, também foram feitos esforços teóricos e experimentais consideráveis ​​para desenvolver a fusão nuclear para fins civis em vez de guerra ou para gerar eletricidade.Até o momento, o reator de fusão nuclear mais avançado é representado por Iter (Reator experimental termonuclear internacional), Reator toroidal (donut) no qual um plasma (geralmente hidrogênio) em altíssima temperatura e baixa pressão é mantido coeso e afastado das paredes internas graças a um campo magnético gerado por eletroímãs externos à câmara.

O projeto Iter envolve 35 nações (incluindo os estados membros da União Europeia, Estados Unidos, Índia, Japão, Coreia do Sul e Rússia) com o objetivo de construir o primeiro reator experimental deste tipo em Cadarache, no sul de França. Itália participa do Iter com um local de testes em Frascati.

Além do Iter, existem outros dois projetos experimentais, o Sparc (do qual a Eni é o maior acionista) e o Arc. O primeiro reator de demonstração, o projeto Demonstrações, se tudo correr conforme o planejado e em forte descontinuidade em relação aos atrasos passados, poderá estar pronto não antes de 2050. Demo é na verdade um protótipo de reator para uma usina de fusão nuclear estudada pelo consórcio europeu Eurofusion como o sucessor ideal do reator experimental Iter.

Porque a fusão nuclear ainda não funciona

O principal problema da década de 1960 até agora, e provavelmente também para o futuro próximo, é representado pela dificuldade em alcançar um balanço energético positivo do reator.Até o momento, de fato, ainda não foi possível construir um reator que produza normalmente durante sua operação contínua mais eletricidade do que você consome para alimentar os ímãs e sistemas de contenção auxiliares.

Não é um problema menor é sobre custos:O Iter, o projecto mais avançado de fusão nuclear, previa inicialmente um custo de 13 mil milhões de euros, mas há quem afirme que poderá facilmente atingir 30 bilhões, sem falar na necessidade de utilizar uma enorme quantidade de energia para poder continuar com os experimentos.

Então, e a fusão a frio?

Em 23 de março de 1989, na Universidade de Utah, os dois eletroquímicos Martin Fleischmann e Stanley Pons declararam em um conferência de imprensa de ter alcançado a fusão nuclear não num plasma muito quente mantido a pressões extremas dentro de reatores enormes e complexos, mas “em um tubo de ensaio”, à temperatura ambiente.Os dois cientistas inauguraram a temporada da “fusão a frio”, que prometia revolucionar o mundo da energia.Como sabemos, a revolução nunca aconteceu.Por que?

Primeiro, um batalha para obter a patente antes de outros, fez com que a pesquisa nunca fosse totalmente estudada para que pudesse ser replicada.A pressa com que os resultados foram publicados por Fleschmann e Pons não permitiu a resolução de diversas anomalias que surgiram na fase de projeto.Para isso, a fusão a frio isso nunca foi provado pela comunidade científica nem chegou um protótipo comercial.

Concluindo, a fusão nuclear é certamente uma tecnologia muito fascinante e com um rico potencial.Mas ainda existem muitos problemas ao longo do seu caminho evolutivo e dada a emergência climática em curso, a sua Os tempos de desenvolvimento ainda são muito lentos e caros a fim de representar uma solução válida para o setor energético.