Máquinas para recriar o Sol

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Reid
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Máquinas para recriar o Sol

Mensagem por Reid »

Máquinas para recriar o Sol

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LHD

Cientistas estão desenvolvendo reatores capazes de reproduzir a fusão nuclear que acontece nas estrelas. A ideia é usar essa tecnologia, que não polui, como fonte de eletricidade. Para que isso dê certo, será preciso construir um protótipo capaz de gerar mais energia do que consome.

Parece até ficção científica. Num futuro não muito distante, reatores capazes de recriar o interior do Sol vão fornecer eletricidade para seu notebook, sua TV e as lâmpadas da sua casa. Essas máquinas serão capazes de unir átomos de hidrogênio e transformá-los em hélio, como fazem as estrelas. Por esse processo — a fusão nuclear —, libera-se uma enorme quantidade de calor, que servirá para produzir eletricidade. E há uma vantagem importante em comparação com outras fontes de energia: não poluir o meio ambiente nem deixar resíduos radioativos que duram centenas de anos. As pesquisas nesse campo têm avançado rapidamente, atraindo investimentos de países como Estados Unidos, Índia, Japão e Brasil.

Desenvolver esses complicados aparelhos pode ajudar a suportar a alta de demanda por energia no futuro, sem ampliar as emissões de carbono e, consequentemente, o aquecimento global. Um relatório divulgado no ano passado pela Agência Internacional de Energia (IEA) estima que o consumo de eletricidade no mundo aumente 76% entre 2007 e 2030 — impulsionado pelo crescimento da população e por uma sociedade cada vez mais digital, conectada e ávida por eletrônicos. A principal fonte utilizada continuará a ser o carvão queimado em termoelétricas, cuja participação na matriz energética mundial subirá de 42% para 44% no período. Até lá, as fontes renováveis vão passar de 18% para apenas 22% do total.

Fundindo a cuca

Embora a fusão nuclear seja vista como solução promissora nesse cenário, ninguém até hoje conseguiu fazer uma máquina capaz de gerar mais energia do que gasta no seu funcionamento. O primeiro protótipo com boas chances de atingir esse objetivo começou a ser erguido neste ano, na pequena cidade de Cadarache, no sul da França. O Reator Experimental Termonuclear Internacional (ou Iter, sigla que, em latim, significa caminho ou rota) será construído por um consórcio que inclui China, Coreia do Sul, Estados Unidos, Japão, Índia e União Européia. Não sairá barato. O custo somado da construção do reator e dos seus 30 anos de operação previstos chega a 30 bilhões de euros (perto de 70 bilhões de reais).

Sem o Iter, dificilmente as pesquisas em fusão nuclear conseguirão avançar. Não são pequenos os obstáculos para tentar simular na Terra o que acontece nas estrelas e, a partir daí, montar uma usina. As máquinas em operação atualmente foram construídas com o propósito de estudar características específicas do fenômeno de fusão; não de produzir um saldo positivo de energia. Um dos exemplos é o JET, no Reino Unido, fruto de um consórcio formado por União Europeia e Suíça. Os resultados obtidos no JET mostraram que erguer um reator de grandes dimensões, como o Iter, é o próximo passo para descobrir a viabilidade dessa tecnologia. “A natureza mostra que é possível. A questão é o ser humano entender isso”, afirma Munemasa Machida, professor responsável pelo Laboratório de Plasma da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e um dos especialistas brasileiros na área.

É complicado fundir átomos porque os prótons nos seus núcleos têm carga positiva e tendem a se repelir — como quando aproximamos polos iguais de dois ímãs. No centro do Sol, a força gravitacional tem uma intensidade gigantesca e submete o hidrogênio no seu interior a uma forte pressão. Com isso, os núcleos ficam tão próximos uns dos outros que podem vencer a repulsão e se juntar, formando hélio. A altíssima temperatura, de cerca de 15 milhões de graus Celsius, mantém o hidrogênio na forma de plasma, o que favorece as colisões. Considerado o quarto estado da matéria, o plasma é um gás ionizado. Nele, os átomos se decompõem, e núcleos e elétrons se movimentam livremente.

Na Terra, é impossível reproduzir a mesma força de gravidade do centro do Sol. Assim, os átomos ficam muito distantes entre si. “A matéria é um profundo vazio”, explica Edilson Crema, professor e chefe do Grupo de Fusão de Íons Pesados do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (USP). Para se ter uma ideia dessas dimensões, vale a pena fazer uma comparação. Se ampliássemos um próton para que seu diâmetro, de 10-15 metro, fosse equivalente a 1 centímetro, o elétron estaria orbitando a até 100 quilômetros de distância dele (ampliando proporcionalmente o diâmetro do átomo, de 10-10 metro). Nessa escala, a distância entre dois núcleos seria de 200 quilômetros. Junte isso à força de repulsão entre os prótons e fica claro que a chance de se esbarrarem e se unirem é mínima.

Como provocar a fusão? Já que não dá para usar a supergravidade das estrelas, a solução está em aumentar a temperatura — e muito. No Iter, o plasma terá de ser aquecido a 150 milhões de graus Celsius. Isso significa que o interior da máquina ficará dez vezes mais quente do que o núcleo do Sol. Quando se sobe a temperatura, os átomos se movimentam mais rapidamente, ou seja, há um aumento da energia cinética. Isso amplia tremendamente a chance de eles se chocarem e se juntarem. “Apesar da probabilidade pequena, o número de colisões é muito grande e a fusão acontece”, diz Crema, da USP.

Hidrogênio contra hidrogênio

Como acontece nas estrelas, o combustível usado pelos reatores de fusão nuclear será o hidrogênio. Mas, para realizar as reações, é necessário combinar duas variações (ou isótopos) desse elemento químico: o deutério, cujo núcleo é formado por um próton e um nêutron, e o trítio, que conta com um próton e dois nêutrons. Quando deutério e trítio se unem, formam o hélio, que tem dois prótons e dois nêutrons. Dessa combinação sobra um nêutron altamente energizado. Em reatores como o Iter, essa partícula choca-se contra a parede, aquecendo-a. A ideia é aproveitar o calor para aquecer água, que se transformará em vapor e moverá turbinas convencionais, gerando eletricidade.

Esse processo é o contrário da fissão, utilizada em usinas nucleares como Angra 1 e 2, embora o objetivo fi nal seja o mesmo. Nos reatores de fissão, átomos de urânio — extremamente pesados — são divididos, dando origem a elementos mais leves. Isso também libera calor e esquenta a água, que, transformada em vapor, gira turbinas para produzir eletricidade. A desvantagem da fissão está na criação de lixo nuclear, que permanece radioativo por várias gerações. Com a fusão nuclear, também se produz radiação, mas ela tem baixa intensidade e desaparece em poucos anos. E não há risco de desastre.

Obter o deutério é fácil, uma vez que essa variedade de hidrogênio está presente na água dos oceanos e pode ser extraída dali. Mas o trítio — que é radioativo — pode ser encontrado em pouquíssima quantidade na Terra. Estimase que não haja mais do que 20 quilos no planeta. Por isso, para que os reatores de fusão nuclear sejam viáveis, eles terão de gerar sozinhos esse isótopo. Uma das soluções, que será experimentada no Iter, consistirá em inserir lítio nas paredes internas. Quando o nêutron energizado colidir com o material, poderá produzir trítio, que vai evaporar e se infundir no plasma.

Se encostar, esfria

Atingir a gigantesca temperatura de 150 milhões de graus no Iter não será nem um pouco fácil. Três sistemas vão ser usados para esquentar o plasma. O primeiro deles injetará partículas neutras em alta velocidade. O segundo vai emitir ondas de rádio de diferentes frequências, de uma maneira semelhante ao que fazem os fornos de micro-ondas. E o terceiro aquecerá os elétrons no seu interior por meio de um feixe de radiação eletromagnética. Nada disso funcionará se o plasma encostar na estrutura interna. Nesse caso, a troca de calor com as paredes resfriaria o hidrogênio, interrompendo o processo de fusão. Isso mostra que o sistema não traz riscos — qualquer falha desliga a máquina.

O contato entre o plasma e a parede é evitado pelo modelo de reator adotado no Iter, o tokamak. Tratase de uma câmara de vácuo toroidal, isto é, com o formato de um pneu bem largo e arredondado. Ao seu redor, bobinas formadas por feixes de supercondutores produzem um campo magnético 200 000 vezes mais forte que o da Terra. Essa força mantém as partículas do plasma numa espécie de contêiner invisível, impedindo que encostem na estrutura.

Mesmo assim, a proximidade entre o plasma e a parte interna é um dos calcanhares de aquiles do projeto. “A densidade da energia em contato com a parede é muito grande. Pode começar a vaporizar o material da superfície e contaminar o plasma”, afirma Júlio Guimarães Ferreira, pesquisador do Laboratório Associado de Plasma do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe). Ele integra a equipe que desenvolve pesquisas num tokamak esférico de pequeno porte, feito com tecnologia brasileira. Quando partículas mais pesadas entram no plasma, roubam a energia da fusão e prejudicam o processo.

Alguns comportamentos do gás ionizado também podem pôr tudo a perder. “O plasma de altíssima temperatura tem eventos periódicos, como as manchas solares”, diz Ricardo Galvão, diretor do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF) e secretário-executivo da Rede Nacional de Fusão. Quando um evento assim ocorre, uma descarga de 10 megawatts por metro quadrado atinge a parede do reator. “Ainda não temos materiais que resistam a tanta energia concentrada.” Segundo ele, se o impasse não for vencido no Iter, a ideia de criar um reator de fusão pode ser abandonada. Galvão e outros especialistas acreditam que esses desafios serão superados. Só não sabem como.

Evolução da espécie

Se não houver atrasos, o Iter começará a funcionar dentro de oito anos. A expectativa é que o aparelho consiga gerar dez vezes mais eletricidade do que consumirá durante a operação. Os resultados vão permitir que seja construído o Demo — primeira planta comercial de fusão, que fornecerá energia a partir de 2040. Projetos paralelos podem abrir caminho para o surgimento de outros tipos de reatores. Stellarators, como o Grande Aparelho Helicoidal (LHD), no Japão, funcionam de modo semelhante aos tokamaks, mas seu design retorcido auxilia na distribuição do campo magnético sobre o plasma.

Existem também estudos na área da fusão inercial. Por esse processo, pequenas cápsulas com hidrogênio sofrem implosão após receberem uma alta descarga de energia. Um dos lugares em que isso tem sido feito é a Máquina Z do Laboratório Nacional Sandia, nos Estados Unidos. Pesquisa-se ainda a criação de reatores híbridos de fusão e fissão. Nesse caso, os nêutrons liberados na fusão seriam aproveitados para partir átomos pesados. Uma das ideias está em utilizar o processo para fissionar lixo atômico, destruindo os detritos para obter energia.

No Brasil, a Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN) vai criar em breve o Laboratório Nacional de Fusão Nuclear em Cachoeira Paulista (SP). Para o local serão transferidos inicialmente o tokamak e o grupo de pesquisa do Inpe. Está em análise, no entanto, a compra de uma máquina de maior porte, que será desativada num laboratório europeu. Isso depende de uma negociação entre o governo federal e a Comunidade Europeia da Energia Atômica (Euratom). Segundo Galvão, do CBPF, o laboratório se concentrará no estudo do confinamento magnético no tokamak. Recentemente, Brasil e Euratom firmaram um acordo de pesquisa que permitirá que grupos brasileiros participem de projetos ligados ao Iter.


Fonte: http://info.abril.com.br/noticias/cienc ... 10-2.shl?5

E agora Johnny se der certo sera que compensa para gerar energia? :emoticon16:

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Johnny
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Re: Máquinas para recriar o Sol

Mensagem por Johnny »

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"Tentar provar a existencia de deus com a biblia, é a mesma coisa q tentar provar a existencia de orcs usando o livro senhor dos aneis."

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dwfreitas
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Re: Máquinas para recriar o Sol

Mensagem por dwfreitas »

Tbm lembrei disso, hahaha.
O universo é imenso e complexo, muito complexo. É ilógico crer que precise de algo mais complexo que o universo, sem que haja nenhuma evidência da existencia desse algo e que tenha se criado sozinho(deus), para criar o universo. [color=#80FF00]Daniel Willian de Freitas[/color]
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Reid
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Re: Máquinas para recriar o Sol

Mensagem por Reid »

Está provado que o homem-aranha existe entao? :emoticon27: :emoticon12:

dwfreitas
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Re: Máquinas para recriar o Sol

Mensagem por dwfreitas »

Não, mas o óquinho(apelido carinhoso dado ao octópus pelo aranha) exste. Qto ao aranha, achei que os posts frequentes dele por aqui já fossem uma bela prova :D
O universo é imenso e complexo, muito complexo. É ilógico crer que precise de algo mais complexo que o universo, sem que haja nenhuma evidência da existencia desse algo e que tenha se criado sozinho(deus), para criar o universo. [color=#80FF00]Daniel Willian de Freitas[/color]
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