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.
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| 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.
Estudante constrói reator de fusão minúsculo e funcional
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.
Estudante constrói reator de fusão minúsculo e funcional
Referencia//SputnikNews
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