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O que é fusão nuclear?
A fusão nuclear é um processo em que dois ou mais núcleos de átomos leves se unem para formar um núcleo mais pesado, liberando uma grande quantidade de energia. Esse fenômeno ocorre naturalmente no interior das estrelas, como o Sol, que produz luz e calor a partir da fusão de átomos de hidrogênio em átomos de hélio.
A fusão nuclear é fissão nuclear?
A fusão nuclear é diferente da fissão nuclear, que é a quebra de núcleos pesados em núcleos menores, também com liberação de energia. A fissão nuclear é usada atualmente em reatores nucleares e bombas atômicas, mas tem o inconveniente de gerar lixo radioativo e depender de combustíveis escassos, como o urânio.
Quais as vantagens da fusão nuclear?
A fusão nuclear, por outro lado, tem várias vantagens potenciais, como:
- Usar combustíveis abundantes e baratos, como o deutério e o trítio, que podem ser extraídos da água do mar e do próprio reator;
- Produzir menos radioatividade e lixo nuclear do que a fissão;
- Liberar mais energia por grama de combustível do que a fissão;
- Ser mais segura e controlável do que a fissão, pois não há risco de reação em cadeia descontrolada.
Quais grandes desafios da fusão nuclear?
No entanto, a fusão nuclear também tem grandes desafios para ser realizada de forma eficiente e sustentável. Um dos principais é conseguir vencer a força de repulsão entre os núcleos positivos dos átomos, chamada de barreira de Coulomb. Para isso, é preciso submeter os átomos a altíssimas temperaturas e pressões, que podem chegar a 100 milhões de graus Celsius.
Outro desafio é confinar o plasma (estado da matéria formado pelos átomos ionizados) em um espaço adequado e evitar que ele perca energia para o ambiente. Para isso, são usados dispositivos chamados de tokamaks, que são anéis toroidais onde se aplica um campo magnético para manter o plasma estável.
Quem descobriu a fusão nuclear?
A fusão nuclear foi descoberta teoricamente no início do século XX por físicos como Albert Einstein, Niels Bohr e Arthur Eddington, que estudaram as reações nucleares e a origem da energia das estrelas. A primeira fusão nuclear artificial foi realizada em 1932 por John Cockcroft e Ernest Walton, que bombardearam núcleos de lítio com prótons acelerados.
Aplicações da fusão nuclear
A primeira bomba de hidrogênio (baseada na fusão nuclear) foi detonada pelos Estados Unidos em 1952, com uma potência equivalente a 10 milhões de toneladas de TNT. A União Soviética fez o mesmo em 1953, e depois em 1961 explodiu a maior bomba de hidrogênio da história, com 50 megatons de TNT.
A primeira tentativa de usar a fusão nuclear para fins pacíficos foi feita em 1958 pelo projeto americano Matterhorn B, que construiu o primeiro tokamak experimental. Desde então, vários países desenvolveram seus próprios reatores de fusão nuclear, como o JET (Reino Unido), o TFTR (EUA), o JT-60 (Japão), o T-15 (Rússia) e o KSTAR (Coreia do Sul).
O maior projeto atual de fusão nuclear é o ITER (Reator Experimental Termonuclear Internacional), que está sendo construído na França com a participação de 35 países, incluindo o Brasil. O objetivo do ITER é demonstrar a viabilidade científica e tecnológica da fusão nuclear como fonte de energia limpa e ilimitada. O ITER deve entrar em operação em 2025 e atingir a ignição do plasma em 2035.
Fusão nuclear como acontece?
Para que a fusão nuclear aconteça, é preciso vencer a força de repulsão eletrostática entre os núcleos, que tendem a se afastar por terem cargas positivas. Isso requer uma temperatura muito elevada, da ordem de milhões de graus Celsius, capaz de romper a barreira de Coulomb.
Quais modelos de fusão nuclear?
Um dos modelos de reator mais promissores é o tokamak (China), que consiste em uma câmara toroidal (em forma de rosquinha) onde o plasma (gás ionizado) é confinado por um campo magnético e aquecido por correntes elétricas. Existem vários projetos de tokamaks em desenvolvimento no mundo, como o KSTAR na Coreia do Sul, o JT-60SA no Japão e o ITER na França.
Fusão nuclear na China
A China tem feito progressos significativos na pesquisa de fusão nuclear com o seu reator Tokamak. O reator Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST), também conhecido como “Sol Artificial” da China, tem operado desde 2006.
Em um novo recorde mundial, o projeto “sol artificial” da China sustentou uma reação de fusão nuclear por mais de 17 minutos. No experimento mais recente, o plasma superaquecido atingiu 126 milhões de graus Fahrenheit, que é cerca de cinco vezes mais quente que o sol.
O reator EAST foi projetado para ser usado como uma fonte quase ilimitada de energia limpa na Terra. O reator EAST, em formato de rosquinha, é referido como um sol artificial porque simula o processo de fusão dentro das estrelas.
Além disso, a China tem outro reator Tokamak, o HL-2M. Este é o maior e mais avançado dispositivo de pesquisa experimental de fusão nuclear da China. Os cientistas esperam que este dispositivo possa potencialmente desbloquear uma poderosa fonte de energia limpa.
Esses avanços são passos significativos para a construção de reatores de fusão termonuclear de alta eficiência e baixo custo. A fusão nuclear poderia ser a fonte de energia mais limpa disponível porque replica a física do sol ao fundir núcleos atômicos para gerar grandes quantidades de energia em eletricidade1.
A fusão nuclear é uma das grandes promessas da ciência para resolver os problemas energéticos e ambientais da humanidade. No entanto, ainda há muitos obstáculos técnicos e econômicos para torná-la uma realidade prática. Por isso, é preciso continuar investindo em pesquisa e desenvolvimento nessa área, bem como em outras formas de energia renovável e sustentável.
