30/04/2014 - Um grupo de pesquisadores do laboratório americano Livermore National conseguiu desenvolver um reator de fusão nuclear que poderia mudar a história do consumo energético do mundo. Por quê? Porque produz muito mais energia do que consome e, portanto, poderia vir a ser uma fonte inesgotável de energia limpa, similar à energia utilizada pelas estrelas. Segundo o artigo, publicado pela revista Nature, o grande problema dos reatores de fusão nuclear até o momento é, justamente, o fato de necessitarem de mais energia do que são capazes de produzir. Agora, parece que este balanço pode se tornar positivo. Depois de diversas experiências com o reator NIF ...
(National Ignition Facility), a equipe liderada por Omar Hurricane alcançou o feito histórico. “O mais empolgante, no momento, é que estamos registrando um aumento constante na produção energética, resultante do processo de ignição”, explicou Hurricane. A chave para o sucesso foi o ataque contra as partículas Alfa que, ao invés de escapar, depositam sua energia no combustível. O novo processo contribui para o aquecimento que, por sua vez, aumenta o número de reações de fusão nuclear, produzindo assim mais partículas Alfa. Trata-se de um processo de renovação interminável. Nossa ideia de consumo energético e combustível pode estar à beira de uma imensa transformação!
O novo reator de fusão nuclear que poderá mudar o mundo
Quando a energia nuclear foi liberada pela primeira vez, nos anos 1940, o sonho de muita gente era que ela viesse a ser a fonte de energia barata para tudo e para todos. Todos os carros, aspiradores de pó, aviões e navios do mundo usariam energia atômica. Hoje, mais de 60 anos depois disso, já temos energia nuclear, mas ela está na forma de enormes usinas que usam a reação de fissão nuclear, onde átomos pesados se dividem em átomos menores, liberando energia no processo. É um método sujo, já que produz lixo nuclear, que continuará sendo perigoso ao meio-ambiente por milhões de anos.
Outra forma de energia nuclear que tem habitado o sonho de muitos físicos e engenheiros é a da fusão nuclear. Num reator de fusão, basicamente você aquece átomos de hidrogênio sob pressão até que eles se fundam, produzindo hélio. É o mesmo tipo de reação que alimenta o nosso Sol já fazem uns bons 5 bilhões de anos. Todos os projetos para criar um gerador de energia baseado em fusão nuclear são descendentes de um projeto soviético grande e desajeitado conhecido como tokamak. Basicamente, ele cria um campo magnético na forma de toroide (anel) onde é guardado o plasma (gás quente e ionizado), e onde as reações de fusão acontecem.
A Skunk Works está tentando uma abordagem radicalmente diferente, em forma de tubo e com anéis magnéticos supercondutores. Com este desenho inovador, eles esperam evitar um dos problemas do tokamak, que é a pequena quantidade de plasma que ele consegue armazenar, o que obriga os engenheiros a fazer geradores imensos.
Com isto, o Dr. Thomas McGuire, gerente da divisão de Tecnologia Revolucionária da Skunk Works, pretende construir um reator de fusão do tamanho de um caminhão, que produziria a mesma quantidade de energia que um gerador do tamanho de um edifício, o International Thermonuclear Experimental Reactor – ITER (um tokamak em desenvolvimento na França).
Os planos são o de ter um protótipo em 5 anos, que mostre que a física do reator de fusão funciona, e em mais cinco anos, um modelo pronto para produção em larga escala, capaz de gerar 100 MW, o suficiente para alimentar um enorme navio cargueiro ou uma cidade com 80.000 residências. Por enquanto o trabalho deles é o de projetar, construir e testar geração após geração destes geradores, mas como são pequenos, o processo todo é bastante curto, uma geração pode ser completada em um ano.
Energia da FUSÃO NUCLEAR finalmente é alcançada
13/02/2014 - Em um artigo publicado nesta quarta-feira, dia 12 de fevereiro, pesquisadores anunciaram ter produzido fusão nuclear. Ainda não é uma reação de fusão auto-sustentada, ou mesmo o início do processo, chamado de “ignição”, mas já é um resultado muito promissor para a geração de energia barata e limpa em abundância. A fusão nuclear usa o elemento mais abundante do universo, o hidrogênio, e com um subproduto inócuo mas útil, o hélio, tem sido perseguida há décadas por vários laboratórios do mundo, entre eles o National Ignition Facility, NIF, onde foram investidos mais de 3 bilhões de dólares.
O processo é o mesmo que acontece no núcleo do nosso Sol, átomos de hidrogênio são comprimidos e acabam se fundindo, produzindo hélio e liberando muita energia. Assim que se tornar uma realidade, a energia da fusão nuclear poderia substituir as usinas nucleares, hidrelétricas, à carvão, à gás e talvez até o petróleo, e também alimentar uma nova geração de espaçonaves muito mais rápidas e com maior autonomia. A instalação de fusão nuclear do NIF é impressionante, para dizer o mínimo, 192 feixes lasers transmitem uma potência de 500 trilhões de watts, mais que os Estados Unidos inteiro usam em qualquer momento, em um alvo dourado cheio de hidrogênio com a espessura de um lápis N°2, o hohlraum.
A ideia é aquecer o hidrogênio à temperatura de 100 milhões de graus Celsius e cruzar os dedos, esperando que a pressão gerada seja suficiente para iniciar a fusão. Só que mesmo com tanta energia, ainda assim o hidrogênio não estava formando hélio, a fusão não estava acontecendo, e os pesquisadores não sabiam o motivo. Era como apertar uma bexiga de ar ou uma bola de tênis com muita força, mas ao invés de estourar ela fugia pelo outro lado. Depois de algum tempo, o operador do NIF ordenou uma mudança na abordagem, em vez de tentar replicar o que acontece no Sol, os pesquisadores deveriam tentar simular uma bomba nuclear de fusão.
Com a mudança de abordagem, eles aprenderam como comprimir o hidrogênio a uma proporção equivalente a comprimir uma bola de basquete ao tamanho de uma azeitona. Esta imensa compressão fez com que os átomos de hidrogênio não conseguissem evitar uns aos outros e a “colisão” de átomos fez com que se fundissem. Em uma estrela quem faz este trabalho é a massiva gravidade gerada pela massa da mesma e não por lasers, como no NIF. A pressão venceu a repulsão elétrica entre os átomos de hidrogênio, e produziu partículas alfa, que são núcleos de átomos de hélio, que por sua vez aqueceram mais o combustível e deram origem a mais reações, um processo conhecido como “bootstraping”. O processo produziu mais energia do que a que foi usada para iniciar, um resultado considerado um marco na busca da energia nuclear de fusão. Entretanto, ainda é necessário usar cem vezes mais energia do que a que efetivamente inicia a reação.
Em outras palavras, dos 500 trilhões de watts injetados, apenas uma fração acaba sendo efetivamente usada para iniciar a fusão, e a energia retornada é maior que esta pequena fração, mas não chega a ser mais que a potência total de 500 trilhões de watts. Este é um dos motivos pelos quais o professor Omar A. Hurricane comentar que é um avanço pequeno, mas um avanço importante, ainda assim. Há ainda um longo caminho antes da energia nuclear de fusão se tornar uma realidade, mas os modelos teóricos sugerem que a ignição ficou mais próxima. [NPR, Lawrence Livermore National Laboratory, Discovery Magazine, Washington Post, Nature, LiveScience, Popular Science]
Motores de antimatéria e fusão poderão mover naves espaciais no futuro
Em 2010, a NASA produziu um trabalho em parceria com o “The Tauri Group” para determinar quais as áreas de avanço tecnológico mais promissoras, que permitiriam vencer os desafios da exploração espacial.
Motores de antimatéria
Uma das tecnologias sugeridas pela pesquisa, chamada de “Technology Frontiers: Breakthrough Capabilities for Space Exploration” (“Fronteiras da Tecnologia: capacidades inovadoras para a exploração espacial”) é o uso de antimatéria para disparar um motor de fusão nuclear.
Como combustível para esse motor, seriam usadas pastilhas contendo deutério e trítio – isótopos mais pesados do hidrogênio -, cercados por um material mais pesado, como urânio. A ideia é disparar um raio de antiprótons – o equivalente da antimatéria aos prótons – para iniciar a reação de fusão, com o hidrogênio sendo convertido em hélio e liberando muita energia. A propulsão poderia ser obtida de diversas formas, como aquecendo um combustível ao ejetá-lo em altíssimas velocidades.
A ideia não é nova: o projeto Daedalus, da Sociedade Interplanetária Britânica, já propôs o uso de foguetes de fusão para fazer viagens interestelares. Os cálculos apontam que uma viagem para Júpiter precisaria de 1,16 gramas de antiprótons, o que não parece muito, exceto quando consideramos que desde 1950 não devem ter sido produzidos mais de 10 nanogramas do material em aceleradores de partículas, e que poucas gramas devem custar vários trilhões de dólares.
Porém, os autores do estudo apontam que a produção de antiprótons está avançando, e talvez venham a ser a grande novidade em propulsão espacial até 2060. Com a quantidade de combustível suficiente, uma viagem a Júpiter não demoraria mais que alguns poucos meses, e seria possível chegar em Marte depois de apenas 39 dias de viagem, usando um foguete de plasma.
Um importante passo na fusão a nuclear
A fusão controlada de átomos sempre foi considerada como uma possível fonte de energia, pois criaria condições como as do Sol. No entanto, especialistas duvidavam de que isso fosse possível porque o uso de lasers poderosos no processo criaria um plasma, que poderia interromper a fusão. Mas um experimento nos Estados Unidos mostrou que o plasma não é um problema tão grande. Eles usaram 192 lasers enormes na National Ignition Facility (uma imensa construção feita para produzir explosões termonucleares controladas) e a energia produzida resultou no laser de maior potência já visto.
O sistema é diferente de explosões de fissão nuclear (bombas nucleares), que funcionam separando os átomos não os juntando como nesse experimento – fusão. Essa prova de que a fusão nuclear controlada pode gerar mais energia do que é gasta no processo, pode iniciar uma nova era na produção energética. Durante 30 anos de debate sobre fusão a laser, alguns especialistas achavam que o plasma criado (uma sopa de partículas energizadas) pelos lasers poderia impedir a absorção de energia e impedir a fusão nuclear. No entanto, o experimento mostrou que mesmo com a presença de plasma, 95% da energia foi absorvida.
E, mais do que isso, os cientistas descobriram que o plasma pode ser manipulado para aumentar a uniformidade da compressão dos átomos e facilitar a fusão. A energia produzida pelo experimento, de acordo com os cientistas, foi de um megajoule. A explosão termonuclear controlada deve acontecer com 1,2 megajoules de energia e as instalações do National Ignition Facility podem suportar até 1,8 megajoules. Para os cientistas, essa explosão controlada acontecerá ainda nesse ano.
Falando em fusão nuclear, outro experimento mostrou que estamos próximos de produzir esse tipo de energia. Um grande imã flutuante conseguiu juntar matéria a uma densidade muito grande, um passo necessário para a fusão. Ele possui meia tonelada e consegue levitar graças a um campo eletromagnético. Juntar a matéria e causar a fusão dela, fazendo com que ela fique com maior densidade, provocaria a fusão nuclear, liberando grandes quantidades de energia. A fusão é uma alternativa mais ecológica do que outras formas de produção de energia, que emitem gases nocivos à atmosfera, incluindo a própria fissão nuclear, conhecida por emitir grande quantidade de radiação.
Fonte: History
Space.com
BBC
MSNBC