Ciência
– Mundo Cientifico –
Experiências de fusão de energia
Por Live Science
30 de setembro de 2013
A energia de fusão provou uma meta distante - uma piada é
que a humanidade é de 20 anos longe de uma usina de energia prático, e tem sido há 60 anos.
Isso pode estar mudando, disse John
Edwards, diretor associado
de fusão por confinamento inercial e ciência de alta densidade de energia do National Ignition Facility.
Em um artigo recente publicado na revista Física de Plasmas,
Edwards disse que os cientistas NIF estão ficando mais perto de reações que
produzem mais energia do que o necessário para começar, e acrescentou que os
obstáculos para realizar a fusão nuclear envolvem problemas de engenharia em
vez de física básica.
A energia de fusão utiliza a mesma fonte de energia
que faz com que o brilho do sol. Trata-se
de empurrar juntos núcleos atômicos, os prótons e nêutrons de átomos - para
formar elementos mais pesados e liberam energia. Em estrelas como o Sol, a fusão ocorre
devido ao peso imenso de gás hidrogênio que esmaga juntos os prótons no centro
do sol para fazer hélio. Fusão difere
de reações de fissão, usada nas atuais usinas nucleares , onde um átomo espontaneamente rompe
- o processo dedecaimento
radioativo - e
libera energia. [ Fato Ciência ou
Ficção? A plausibilidade de 10
Sci-Fi Concepts ]
Ao contrário dos subprodutos radioativos de fissão,
usinas de fusão prometem muita energia sem resíduos radioactivos, em muitas reações de fusão, o produto é o hélio.
Fazendo energia?
Para criar as reações de fusão , os cientistas NIF fogo lasers em um
hohlraum, ou um cilindro oco feito de ouro. Os
pulsos de laser, com duração de bilionésimos de segundo, bateu uma pequena
esfera que está cheio de deutério (hidrogênio com um nêutron adicional) e
trítio (hidrogênio com dois nêutrons extras).
Como a feixes de laser acertar o hohlraum, o ouro emite raios-X que são tão poderosos
que vaporizar a superfície de metal da esfera. Isso vaporização coloca uma enorme
pressão sobre o deutério e trítio, e induz a fusão, quebrando os átomos de
hidrogênio em hélio, além de um nêutron.
O problema é que mesmo pequenas imperfeições na
superfície da esfera significará a pressão sobre o deutério e
trítio não é perfeitamente
uniforme a toda a volta. Resultado? "É implode como um
porco-espinho", Edwards disse LiveScience. Este irregulares "reverse
explosão" resulta em desperdício de energia, para que mais energia é
colocado no sistema do que vem de fora.
Mas, para obter melhores implosões, a equipe NIF
descobriu como reduzir o efeito. Isto
significava mudando a forma dos impulsos de laser para variar a quantidade de
energia transportada ao longo do tempo.Grupo Edwards descobriram que através da
alteração da forma de uma forma diferente do que antes, tornando a pulsos
curtos - 10 nanossegundos, em vez de 15 nanossegundos - que foram capazes de
fazer as esferas implodir mais uniformemente.
Que tem o NIF para mais perto do "científico
break-even point", onde a quantidade de energia que sai da reação de fusão
é igual ao que foi colocado em por a energia cinética da implosão. (A energia do laser não é contado no
cálculo). Agora, a quantidade de
energia que sai da configuração do NIF é de cerca de 80 por cento do que é
colocado dentro
Não haverá mais experiências, visando afinar a implosão,
disse Edwards.
Nada disso vai resultar em uma usina de energia baseada
em fusão. Mas Edwards observou
que não é realmente o ponto - pelo menos não ainda.Em parte, o objetivo é
encontrar uma maneira de controlar as implosões necessárias para obter reações
de fusão auto-sustentação para o trabalho.
"NIF é construído para acender uma bolinha de
fusão", disse Stewart Prager, diretor do Princeton Plasma Physics
Laboratory. "Eles não
obtê-lo no momento em que inicialmente previsto, mas eles estão fazendo
progressos". O NIF foi
construído em 2008, seu mandato original era atingir a ignição - o ponto de
equilíbrio - em 2012.
O futuro da fusão
Edwards também observou a física, pelo menos, está
trabalhando a forma como as simulações de computador e teorias dizem que sim. Isso aponta para um problema de
engenharia, ao invés de qualquer necessidade de novas teorias físicas para
descrever o que está acontecendo dentro das esferas. [ As 9 maiores
mistérios não resolvidos de Física ]
Há outros métodos de criação de reacções de fusão. O método mais conhecido, chamado
tokamak, usa campos magnéticos para confinar plasma, ou gás aquecido a milhões
de graus. O Reactor Termonuclear
Experimental Internacional, ou ITER, que está sendo construído no sul da
França, vai examinar esta técnica. Dezenas
de reatores experimentais de fusão ter sido construído ao longo dos anos, mas
eles são projetados para a pesquisa, e não como usinas de energia. ITER será o primeiro projetado para
gerar reações auto-sustentável, mas não vai mesmo começar as primeiras
experiências do mundo real até a década de 2020.
O que nos leva à grande crítica de experiências de
fusão - que não vai
render nada de útil em um prazo razoável. Tanto
o NIF e ITER são caros: O NIF é um projeto de US $ 3,5 bilhões, ao passo que o
ITER deverá custar cerca de US $ 17,5 bilhões. Pesquisa de fusão geralmente é
realizado desde a década de 1960.
Há também barreiras técnicas ainda mesmo que o NIF
alcança ignição. A fusão reações
NIF está investigando todos os nêutrons produzem.Nêutrons, que não têm uma
carga elétrica, podem atravessar qualquer material que não está devidamente
protegido. Mas quando batem
outros átomos, podem dividi-las, ou fazer qualquer material radioativo que
atingiu, pois eles podem até mesmo enfraquecer metais. Isso significa que, a fim de cumprir a
promessa de eliminar a radioatividade, as reações de fusão não pode envolver
fusão de nêutrons, como acontece por deutério e trítio. Por outro lado, os neutrões pode ser uma
fonte de energia extra - pelo menos um reactor de fusão de design faz com que a
utilização de sais de fluoreto de boro e lítio, para proteger as paredes do
reactor a partir dos neutrões, e arrebatar o seu calor - que pode ser usado
para acionar as turbinas de vapor.
François Waelbroeck, diretor do Instituto de Estudos de
fusão da Universidade do Texas, disse que, embora haja problemas com a fusão
deutério-trítio - o tipo que está sendo estudado agora - a ideia é que os
cientistas, uma vez aprender a fazer esse trabalho de reação, eles podem passar
para as reações que não emitem nêutrons. Tais
reacções implicam lítio ou boro.
Algumas empresas de menor porte também estão envolvidos
em investigação de
energia de fusão - um
chamado EMC2 recebeu financiamento da Marinha os EUA por suas pesquisas, embora
não tenha publicado os resultados em revistas e jornais. Outros, como o de energia Tri-Alpha,
General Fusion eo Lawrenceville física de plasma também executar várias
experiências, embora nenhuma empresa construiu nada como uma planta de trabalho
ou alcançado reações auto-sustentável. Todas
as empresas se concentrar em reações de fusão que não geram nêutrons.
Ainda assim, Edwards é otimista. "Nosso objetivo é demonstrar que
a ignição é viável", disse ele. "Fizemos
uma quantidade enorme de progresso, e estamos perto de alcançar o que os nossos
cálculos dizem que deveria estar acontecendo em um regime um pouco menos
exigente do que full-up implosões de ignição."
Texto em PDF:
Disponível em <
http://www.livescience.com/40035-fusion-energy-gets-closer-to-reality.html
> Acesso dia 30 de setembro de 2013.
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