quarta-feira, 21 de outubro de 2020

Cientistas russos pesquisam fonte de energia limpa e segura

Segundo os cientistas, o projeto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) vai ter uma nova fonte de energia segura e ecologicamente correta, aproveitando as reservas quase inesgotáveis ​​do combustível, em que um grama dele pode substituir pelo menos dez toneladas de hidrocarbonetos.

No verão de 2020, os líderes dos estados envolvidos no projeto iniciaram a construção do elemento principal do futuro reator, um tokamak, um sistema de confinamento e aquecimento de plasma.


Reator-fusão-termonuclear
Photo//Sputnik/Yuriy Korolev


Cientistas russos descobrem como tornar o hidrogénio mais acessível


A Energia Termonuclear

As reações termonucleares podem libertar uma energia tremenda, mas o plasma onde essas reações ocorrem tem uma temperatura de dezenas ou centenas de milhões de graus, enquanto os materiais mais resistentes ao calor não podem suportar mais de 3 ou 4.000 graus.

Os cientistas explicaram que o uso de energia termonuclear é possível se o plasma for “arrancado” das paredes do reator com fortes campos magnéticos. A melhor armadilha magnética para plasma termonuclear, o tokamak, foi proposta pelos académicos soviéticos Sakharov e Tamm no início dos anos 1950 e foi criada pela primeira vez no Instituto Kurchatov.

Num reator termonuclear, ao contrário de um atómico, em vez da fissão nuclear, a fusão nuclear ocorre a uma densidade de plasma cem mil vezes menor que a densidade do ar. Os cientistas enfatizaram que isso torna as explosões impossíveis, tornando o reator totalmente seguro. Os produtos residuais de tal reator serão hélio e trítio inofensivos, que são então usados ​​para apoiar a reação.

O ITER é a porta de entrada para a energia termonuclear pela qual o mundo deve passar.” Estas são as palavras do Académico Evgeny Velikhov, o iniciador do projeto, Presidente do Instituto Kurchatov. Nascido em meados da década de 1980, o ITER pretende demonstrar a possibilidade de utilização da energia de fusão à escala industrial.

Existem atualmente sete participantes no projeto: UE, Índia, China, República da Coreia, Rússia, Estados Unidos e Japão. A sede do projeto fica em Cadarache, na França.

De acordo com os cientistas, além da contribuição conceitual e de engenharia fundamental para o projeto ITER, os cientistas russos desenvolveram uma série de elementos-chave, incluindo o cabo supercondutor mais avançado e os melhores girotrons do mundo, dispositivos que aquecem o plasma com radiação eletromagnética de ultra-alta frequência.



O desafio do trítio

O ITER usará uma mistura de isótopos de hidrogénio, deutério e trítio, como combustível. O deutério pode ser produzido com relativa facilidade a partir da água, enquanto o trítio será produzido no reator de fusão. Como instalação experimental, o ITER ainda não produzirá eletricidade, mas, de acordo com os cientistas, um grama de combustível de reatores de fusão comerciais produzirá a mesma quantidade de energia que 10 a 20 toneladas de hidrocarbonetos.

Um dos riscos na operação do reator será a acumulação de trítio radioativo na camara de descarga do tokamak, portanto, sua quantidade é limitada por padrões de segurança. A parede interna da câmara, feita de tungsténio e berílio, não acumula muito trítio, no entanto, como explicaram os cientistas, a monitorização remota regular do nível de trítio é necessária para a operação estável do reator.

A quantidade total deste isótopo na câmara pode ser determinada a partir do equilíbrio do gás fornecido e evacuado. Para medir com mais precisão seu conteúdo nas paredes do reator, os cientistas decidiram usar a radiação laser. Sob a sua influência, ocorrerá uma espécie de 'evaporação' na camada superficial da parede, seguida da captura e análise das partículas formadas.

Investigadores do Instituto de Tecnologias de Laser e Plasma da Universidade Nacional de Pesquisa Nuclear MEPhI, chefiados por Yuri Gasparyan, um jovem cientista e professor associado do Departamento de Física do Plasma, vão resolver esse problema fundamental num laboratório criado especialmente para isso, em 2020. “A nossa tarefa é aprender como medir a concentração de isótopos de hidrogénio, leves e altamente móveis com o mínimo impacto possível na parede do reator. Os testes estão planeados para serem realizados em instalações de laboratório e no tokamak Globus-M2 no Instituto Ioffe ”, disse o cientista.


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Poeira Perigosa

Os cientistas explicaram que a ideia de isolamento térmico magnético do plasma em um campo magnético toroidal ou "em forma de rosca", no qual o tokamak é baseado, não exclui a entrada de partículas e radiação nas paredes do reator. Sob sua influência, os produtos da erosão macroscópica, mais simplesmente, a poeira, serão separados das paredes.

Os cálculos dos físicos mostram que as partículas de poeira se acumularão no fundo da câmara de descarga do tokamak, o que é perigoso para o reator, a poeira é perigosa para o fogo e, além disso, acumula ativamente trítio radioativo.

Para controlar a quantidade e composição da poeira sem parar o reator, os cientistas do MEPhI chefiados pelo professor Leon Begrambekov sugeriram o uso de uma sonda especial com potencial elétrico aplicado.

No campo elétrico entre a sonda e a superfície da parede, os grãos de poeira serão eletrificados e atraídos para um recetor especial. Movendo-se acima da superfície, a sonda recolherá a poeira como um aspirador de pó e a removerá do reator por meio de travas especiais.




Avant-Garde científica

A equipe central do projeto em Cadarache envolveu 1.100 especialistas de todos os estados participantes, com várias dezenas de milhares de cientistas e engenheiros trabalhando em equipas.

O MEPhI, em particular o Departamento de Física dos Plasmas, é um dos participantes ativos do projeto, inclusive na formação de pessoal. Por mais de meio século, o nosso departamento tem treinado física de plasma quente e especialistas em fusão termonuclear controlada. Os nossos graduados trabalham nas equipas central e doméstica do ITER, enquanto a geografia das nossas colaborações cobre quase todo o planeta ”, disse Valery Kurnaev, chefe do Departamento de Física do Plasma do MEPhI.

Na história do departamento, seus especialistas criaram instalações para estudar a interação do plasma e seus componentes (íons, elétrons, átomos neutros) com diversos materiais

Teorias e códigos foram desenvolvidos para descrever esses processos e um grande número de cientistas foi treinado.

Para o ITER, os especialistas do departamento já criaram um método para detetar espectroscopicamente fugas de água no plasma a partir de elementos arrefecidos da primeira parede do reator, métodos para estudar o efeito de descarga luminescente de limpeza nos primeiros espelhos de sistemas de laser de diagnóstico, bem como telas de segurança para coletores de radiação eletromagnética.



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Referencia//SputnikNews




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