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O maior reator de fusão do mundo aproveitará a energia do sol

O maior reator de fusão do mundo aproveitará a energia do sol

O maior reator Tokamak do mundo [Fonte da imagem: ITER]

O desenvolvimento humano e a funcionalidade normal do dia-a-dia são amplamente dependentes da disponibilidade constante de eletricidade. Quase todas as tecnologias novas e antigas dependem fortemente de um suprimento constante de energia. Como tal, os humanos têm uma demanda massiva de impostos por mais poder, poder que muitas vezes é acumulado por meios menos do que desejáveis. Seja queimando combustíveis fósseis ou hidrelétricas, todos os geradores de energia atuais sobrecarregam o meio ambiente em algum grau. No entanto, e se você pudesse abolir todos os efeitos prejudiciais da geração de energia atual com um gerador capaz de produzir um milhão de vezes mais energia do que qualquer reação química - e usá-lo para aproveitar energia virtualmente ilimitada?

Parece uma fantasia de engenharia, no entanto, a resposta assoma diretamente acima. Energia de fusão, a energia que alimenta o Sol e todas as estrelas em Comos. É a fusão de duas partículas, liberando uma vasta quantidade de energia para fins essencialmente ilimitados. O hidrogênio, elemento mais abundante na Terra e no universo, compõe o suprimento de combustível. O aproveitamento da energia de fusão forneceria energia virtualmente ilimitada, sem emissões de carbono e sem efeitos colaterais adversos ao meio ambiente.

No início dos anos 1900, era amplamente reconhecido como o meio mais eficaz de adquirir energia. No entanto, os cientistas foram incrivelmente ingênuos, presumindo que gerar e colher energia de geradores de fusão seria fácil. Na década de 1930, os físicos já conduziam os primeiros experimentos de geração de fusão. No entanto, não foi até 1968 que um marco importante foi alcançado na produção de duas das três condições críticas necessárias para iniciar o processo de fusão.

Primeiro dispositivo tokamak do mundo Tokamak T1 russo no Instituto Kurchatov em Moscou. Acumulando apenas 0,4 metros cúbicos de plasmas, o dispositivo é 2.000 vezes menor que o maior tokamak do mundo atualmente em desenvolvimento, o ITER [Fonte da imagem: ITER]

O dispositivo usado no experimento foi conduzido com umtokamak- essencialmente um aparelho em forma de donut que utiliza fortes campos magnéticos para conter o plasma em temperaturas excedendo aquele do Sol. O tokamak se tornou um componente essencial da pesquisa termonuclear e ainda hoje está sendo usado para promover o desenvolvimento da produção de um reator de fusão viável.

Os tokamaks funcionam bombeando um gás para uma câmara de vácuo. A eletricidade é então bombeada pelo centro (o orifício do donut). O gás acumula uma grande carga e começa a aquecer, mas é confinado pelos intensos campos magnéticos gerados por enormes bobinas magnéticas que circundam o dispositivo.

Obstáculos a serem alcançados

Enquanto a equipe desenvolveu um método para satisfazer duas das condições na criação de um reator de fusão, o desenvolvimento de um modelo funcional provou ser extremamente difícil. Não foi até 1991 que a primeira liberação controlada de energia de fusão foi alcançada. O gerador, no entanto, exigia muitas vezes mais energia do que o produzido, um meio obviamente pobre e uma forma inviável de produzir eletricidade.

Energia de Fusão

Para iniciar uma reação de fusão, três condições devem ser satisfeitas - incluindo: temperaturas incrivelmente altas (para estimular colisões de alta energia); densidade de partículas de plasma adequada (para garantir uma maior probabilidade de ocorrência de colisões); e um tempo suficiente para o plasma ficar confinado (para reter o plasma, que tem tendência a se expandir, em um volume definido).

Somente quando todos os três componentes estiverem satisfeitos, o processo de fusão será iniciado.

Totalmente oposta a uma reação de fissão na qual requer e expulsa material altamente radioativo, a fusão supervisiona a fusão de partículas que liberam imensas quantidades de energia na forma de calor, requerendo apenas hidrogênio como combustível e quase não produz resíduos radioativos

Os reatores usarão dois isótopos radioativos de hidrogênio, deutério e trítio, para se fundir e criar hélio quando um nêutron altamente energizado é ejetado, o qual acelera para iniciar a próxima reação. Neste método, um mecanismo de loop pode ser criado para iniciar um dispositivo de auto-sustentação.

Processo de Fusão [Fonte da imagem: Wikipedia]

O maior problema na criação de um reator de fusão viável é desenvolver um dispositivo capaz de sustentar a imensa pressão e temperatura dos plasmas que se aproximam 100 milhões de graus - 6 vezes mais quente que o centro da Terra. Enquanto os cientistas alcançaram temperaturas com um tokamak acima de 50 milhões de graus Celsius, o experimento durou apenas 102 segundosantes que o plasma voltasse à sua forma estável. Até agora, a criação de condições sustentáveis ​​nas quais produzir e manter uma reação de fusão funcional permaneceu totalmente ilusória.

Para alcançar a geração de energia, os cientistas da fusão devem encontrar o ponto de equilíbrio da energia do plasma - um ponto no qual os plasmas dentro de um dispositivo de fusão expelem no mínimo a mesma quantidade de energia que é usada para iniciar o processo. A partir de hoje, o momento ainda não foi alcançado. Porém, a corrente seria recorde, pois as liberações de energia foram capazes de gerar70 por centoda potência de entrada. O recorde ainda está na posse do JET.

Agora, no entanto, depois de quase 60 anos de pesquisa e desenvolvimento de energia de fusão, engenheiros e cientistas estão preparando os estágios finais do maior reator tokamak do mundo para iniciar e manter o primeiro gerador de fissão nuclear do mundo com uma saída positiva de energia. O projeto é uma colaboração internacional com o objetivo de gerar um reator de fusão experimental que se diz ser autossustentável - essencialmente aproveitando a energia de uma pequena estrela. O projeto, denominado ITER, está em andamento.

O que é ITER

ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) é uma colaboração internacional de nações em um esforço para criar o primeiro reator termonuclear autossustentável do mundo em que exceda o ponto de equilíbrio. O gerador está em desenvolvimento e promete uma revolução na geração de energia no século 21. Se funcionar como planejado, irá gerar 500 MW de potência de saída enquanto consome apenas 50 MW de entrada, reescrevendo um novo capítulo na história como a geração que colheu a potência das estrelas.

Abrangendo uma distância de 42 hectares, a planta vai empregar mais 5,000 pessoas durante os horários de pico da construção. Será o maior reator tokamak já construído, medindo 8 vezes o volume do próximo maior tokamak.

Como funciona?

O monstruoso aparato será o maior tokamak do mundo, com um raio de plasma (R) de 6,2 me um volume de plasma de 840 m³. No coração do reator permanecem as enormes bobinas magnéticas enroladas em torno do tokamak, um componente essencial no confinamento das temperaturas que se aproximarão150 milhões de graus C. Como todos os outros tokamaks, a enorme nave carregará um combustível gasoso contido por imensos campos magnéticos. O uso de quantidades extraordinárias de eletricidade forçará o gás a se decompor e se tornar ionizado à medida que os elétrons são retirados dos núcleos. Os plasmas serão então formados.

As partículas de plasma continuarão a ser energizadas e a colidir em intervalos e intensidades crescentes. Métodos auxiliares de aquecimento irão aumentar a temperatura do plasma até que as temperaturas de fusão sejam alcançadas em 150 a 300 milhões ° C. As partículas altamente energizadas serão capazes de superar a repulsão eletromagnética natural, permitindo que as partículas colidam e fusível, liberando imensas quantidades de energia.

O que vai fazer?

O primeiro marco será a criação de um reator termonuclear funcional e autossustentável, uma inovação mundial. Além do desenvolvimento inicial, o ITER definiu alguns objetivos.
1) Produzir 500 MW de energia de fusão para pulsos de 400 s
O ITER tem como objetivo produzir 500 MW de potência, um aumento de 10 vezes em relação à sua entrada de potência. O objetivo é então sustentar o plasma por pelo menos 400 segundos.

2) Demonstrar a operação integrada de tecnologias para uma usina de fusão
O ITER se compromete a preencher a lacuna entre os dispositivos experimentais de fusão e um gerador funcional, demonstrando as capacidades das usinas de fusão para o futuro. Com o enorme dispositivo, os cientistas ainda serão capazes de estudar os plasmas sob condições semelhantes que se espera sejam encontrados em futuras usinas de fusão.

3) Atingir um plasma de deutério-trítio em que a reação é sustentada por meio de aquecimento interno
Idealmente, uma vez que o dispositivo é ligado, os cientistas estão confiantes de que a máquina permanecerá autossustentável, com a única entrada de energia sendo utilizada para alimentar os eletroímãs massivos.

4) Teste de reprodução de trítio
O trítio, um isótopo radioativo de hidrogênio, pode ser um componente crítico no desenvolvimento de futuras usinas. No entanto, com uma oferta decrescente que já é escassa na demanda, os primeiros geradores precisarão demonstrar a viabilidade de produzir trítio para sustentar outros reatores.

5) Demonstrar as características de segurança de um dispositivo de fusão
Em 2012, o ITER recebeu uma licença como operador nuclear na França e tornou-se o primeiro no mundo a ter passado por muitos exames relativos à sua segurança. Um dos principais objetivos do ITER é demonstrar que as reações de plasma e fusão criarão consequências desprezíveis para o meio ambiente.

O futuro da / é fusão

À medida que os humanos avançam no século 21, uma ênfase está sendo colocada na criação de produtos sustentáveis ​​e ecologicamente corretos. Com testes de reatores termonucleares bem-sucedidos tornando-se marcos cada vez mais comuns na geração de fusão, está se tornando evidente que talvez um dia em breve o mundo dependerá mais uma vez do poder das estrelas, exceto desta vez, por nossa própria vontade. A progressão e o desenvolvimento de tais reatores continuam promissores. É apenas uma questão de tempo até que uma grande integração de instalações funcionais seja desenvolvida. Sem chance de derretimento nuclear, quase nenhum lixo radioativo e um suprimento praticamente ilimitado de energia fornecem um futuro promissor no qual os humanos reduzirão significativamente a pegada que está sendo impressa na Terra.

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Escrito por Maverick Baker


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