Reator nuclear de fusão

Reator nuclear de fusão

A fusão nuclear servirá como fonte de energia amiga do ambiente e praticamente inesgotável.

Tecnologia

Palavras-chave

reator de fusão, ITER, fusão nuclear, reator nuclear, energia nuclear, deutério, trítio, câmara do reator, plasma, gerador, transformador, turbinas, torre de refrigeração, geração de energia, centro de controlo, França, energia, amigo do ambiente, fonte de energia, física de partículas, história da ciência, invenção, técnica, física, química

Itens relacionados

Cenas

ITER Reator Termonuclear Experimental Internacional

  • cabo elétrico
  • transformador
  • depósito de gás
  • depósito de nitrogênio líquido
  • edifício de serviço
  • edifício tokamak - Este edifício alberga o reator de fusão. Trata-se de um reator de tipo TOKAMAK, no qual o plasma em forma de anel flutua com a ajuda de um eletroímã de forma toroidal. A fusão tem lugar neste plasma a uma temperatura de cem milhões de graus centígrados.
  • laboratório, edifício de escritórios - Este edifício alberga os escritórios, a biblioteca, as salas de conferência e o restaurante.
  • centro de controle
  • alberga os meios auxiliares
  • torre de refrigeração
  • edifícios para a transformação da energia magnética - A corrente alterna que entra é transformada na corrente contínua necessária para o funcionamento dos eletroímãs do reator TOKAMAK.

Reator nuclear de fusão

  • solenoide central - Juntamente com as bobinas toroidais e poloidais, é responsável por produzir o campo magnético. É neste campo que flutua o plasma, no qual tem lugar a fusão nuclear. O plasma necessita de estar a flutuar porque a sua temperatura é demasiado alta, cerca de cem milhões de graus centígrados, e não existe material que não derreta a semelhante temperatura.
  • camada de isolamento - Uma vez que o plasma, onde tem lugar a fusão nuclear, tem uma temperatura de cem milhões de graus centígrados, é necessário o isolamento térmico adequado.
  • câmara de vácuo - É aqui que é produzido o plasma, com uma temperatura de cem milhões de graus centígrados, onde tem lugar a fusão nuclear.
  • portos
  • bobina toroidal - Juntamente com o solenoide central e as bobinas poloidais, é responsável por produzir o campo magnético. É neste campo que flutua o plasma, no qual tem lugar a fusão nuclear. O plasma necessita de estar a flutuar porque a sua temperatura é demasiado alta, cerca de cem milhões de graus centígrados, e não existe material que não derreta a semelhante temperatura.
  • bobina poloidal - Juntamente com o solenoide central e as bobinas toroidais, é responsável por produzir o campo magnético. É neste campo que flutua o plasma, no qual tem lugar a fusão nuclear. O plasma necessita de estar a flutuar porque a sua temperatura é demasiado alta, cerca de cem milhões de graus centígrados, e não existe material que não derreta a semelhante temperatura.
  • plasma - O plasma é gás ionizado, no qual ocorre a fusão nuclear quando as condições assim o permitem. O plasma no reator tem uma temperatura de cerca de cem milhões de graus centígrados. É necessária esta temperatura elevada devido à alta energia de ativação da fusão nuclear. O plasma é aquecido mediante radiação microondas e eletricidade. Quando a reação de fusão começa, o plasma torna-se auto-sustentado devido à energia libertada, não havendo necessidade de um fornecimento externo de energia.

Princípios de funcionamento

  • sistema de aquecimento de microondas - O plasma no reator tem uma temperatura de cerca de cem milhões de graus centígrados. É necessária esta temperatura elevada devido à alta energia de ativação da fusão nuclear. O plasma é aquecido mediante radiação microondas e eletricidade. Quando a reação de fusão começa, o plasma torna-se auto-sustentado devido à energia libertada, não havendo necessidade de um fornecimento externo de energia.
  • eletroímãs - Os eletroímãs garantem que seja possível armazenar o plasma, com uma temperatura de cem milhões de graus centígrados, num estado flutuante.
  • câmara do reator
  • plasma - O plasma é gás ionizado, no qual ocorre a fusão nuclear quando as condições assim o permitem. O plasma no reator tem uma temperatura de cerca de cem milhões de graus centígrados. É necessária esta temperatura elevada devido à alta energia de ativação da fusão nuclear. O plasma é aquecido mediante radiação microondas e eletricidade. Quando a reação de fusão começa, o plasma torna-se auto-sustentado devido à energia libertada, não havendo necessidade de um fornecimento externo de energia.
  • vapor - Durante a reação de fusão, o calor libertado ferve a água e o vapor libertado é utilizado para produzir eletricidade.
  • água - Durante a reação de fusão, o calor libertado ferve a água e o vapor libertado é utilizado para produzir eletricidade.
  • gerador
  • transformador
  • turbinas - Produzem eletricidade com a ajuda da energia do vapor.

Processo de fusão

Durante a fusão nuclear, dois núcleos fundem-se, liberando energia. A fusão dos núcleos de deutério e de trítio (isótopos de hidrogênio) é a mais adequada para a obtenção de energia de fusão. O deutério e o trítio estão disponíveis em quantidades basicamente ilimitadas.

O deutério consiste de um próton e um nêutron, enquanto o trítio contém um próton e dois nêutrons. Durante a reação, os núcleos do deutério e do trítio colidem, produzindo-se um núcleo de hélio e um nêutron, com liberação de energia. A razão para esta liberação de energia é de que a massa total do núcleo de hélio é menor do que a massa total dos núcleos originais de deutério e trítio. De acordo com a equação E=mc², de Einstein, uma diminuição da massa resulta na liberação de energia.
E: energia liberada,
m: massa radiada,
c: velocidade da luz (300 000 km/s)

A energia de ativação da reação nuclear de fusão é extremamente elevada, uma vez que os prótons em cada um dos núcleos repelem-se fortemente, pois têm a mesma carga positiva. Quando a fusão nuclear tem lugar nas estrelas, a reação ocorre a temperaturas extremamente elevadas e pressões muito elevadas. Num reator Tokamak, a pressão é muito mais baixa, mas a temperatura é muito mais elevada do que até mesmo nas estrelas: 10 vezes a temperatura no núcleo do Sol.

Animação

  • solenoide central - Juntamente com as bobinas toroidais e poloidais, é responsável por produzir o campo magnético. É neste campo que flutua o plasma, no qual tem lugar a fusão nuclear. O plasma necessita de estar a flutuar porque a sua temperatura é demasiado alta, cerca de cem milhões de graus centígrados, e não existe material que não derreta a semelhante temperatura.
  • camada de isolamento - Uma vez que o plasma, onde tem lugar a fusão nuclear, tem uma temperatura de cem milhões de graus centígrados, é necessário o isolamento térmico adequado.
  • câmara de vácuo - É aqui que é produzido o plasma, com uma temperatura de cem milhões de graus centígrados, onde tem lugar a fusão nuclear.
  • portos
  • bobina toroidal - Juntamente com o solenoide central e as bobinas poloidais, é responsável por produzir o campo magnético. É neste campo que flutua o plasma, no qual tem lugar a fusão nuclear. O plasma necessita de estar a flutuar porque a sua temperatura é demasiado alta, cerca de cem milhões de graus centígrados, e não existe material que não derreta a semelhante temperatura.
  • bobina poloidal - Juntamente com o solenoide central e as bobinas toroidais, é responsável por produzir o campo magnético. É neste campo que flutua o plasma, no qual tem lugar a fusão nuclear. O plasma necessita de estar a flutuar porque a sua temperatura é demasiado alta, cerca de cem milhões de graus centígrados, e não existe material que não derreta a semelhante temperatura.
  • plasma - O plasma é gás ionizado, no qual ocorre a fusão nuclear quando as condições assim o permitem. O plasma no reator tem uma temperatura de cerca de cem milhões de graus centígrados. É necessária esta temperatura elevada devido à alta energia de ativação da fusão nuclear. O plasma é aquecido mediante radiação microondas e eletricidade. Quando a reação de fusão começa, o plasma torna-se auto-sustentado devido à energia libertada, não havendo necessidade de um fornecimento externo de energia.
  • sistema de aquecimento de microondas - O plasma no reator tem uma temperatura de cerca de cem milhões de graus centígrados. É necessária esta temperatura elevada devido à alta energia de ativação da fusão nuclear. O plasma é aquecido mediante radiação microondas e eletricidade. Quando a reação de fusão começa, o plasma torna-se auto-sustentado devido à energia libertada, não havendo necessidade de um fornecimento externo de energia.
  • eletroímãs - Os eletroímãs garantem que seja possível armazenar o plasma, com uma temperatura de cem milhões de graus centígrados, num estado flutuante.
  • câmara do reator
  • plasma - O plasma é gás ionizado, no qual ocorre a fusão nuclear quando as condições assim o permitem. O plasma no reator tem uma temperatura de cerca de cem milhões de graus centígrados. É necessária esta temperatura elevada devido à alta energia de ativação da fusão nuclear. O plasma é aquecido mediante radiação microondas e eletricidade. Quando a reação de fusão começa, o plasma torna-se auto-sustentado devido à energia libertada, não havendo necessidade de um fornecimento externo de energia.
  • vapor - Durante a reação de fusão, o calor libertado ferve a água e o vapor libertado é utilizado para produzir eletricidade.
  • água - Durante a reação de fusão, o calor libertado ferve a água e o vapor libertado é utilizado para produzir eletricidade.
  • gerador
  • transformador
  • turbinas - Produzem eletricidade com a ajuda da energia do vapor.

Narração

Durante a fusão nuclear, dois núcleos fundem-se, liberando energia. A fusão dos núcleos do deutério e do trítio é a mais adequada para a obtenção de energia. O deutério consiste de um próton e um nêutron, enquanto o trítio contém um próton e dois nêutrons. Durante a reação, os núcleos do deutério e do trítio colidem, produzindo-se um núcleo de hélio com liberação de energia.

Uma vez que os prótons com carga positiva se repelem um ao outro, é necessária uma energia de ativação bastante elevada para que os dois núcleos se aproximem e tenha lugar a fusão. Quando a reação tem lugar, é liberada mais energia que a investida, isto é, a reação é exotérmica.

Quando a fusão nuclear tem lugar nas estrelas, a energia de ativação é fornecida pela enorme pressão e energia da gravidade.

A força devastadora da bomba de hidrogênio é também causada pela fusão nuclear. A energia necessária para a fusão numa bomba de hidrogênio é fornecida pela explosão de uma bomba nuclear.

Não foi todavia ainda desenvolvida uma utilização da energia da fusão nuclear para fins pacíficos. Apesar de terem sido construídos alguns reatores, o seu funcionamento não é econômico, já que requer mais energia do que aquela que o reator consegue produzir. Ainda assim, a tecnologia em questão oferece grandes possibilidades, visto que o trítio e o deutério encontram-se disponíveis em quantidades inesgotáveis. Além disso, todo o funcionamento é bastante amigo do ambiente, pois o produto final é o hélio, que não representa qualquer perigo, não havendo também qualquer radioatividade. Outra vantagem é a possibilidade de produzir uma grande quantidade de energia com pouco combustível.

Atualmente, está-se a trabalhar num grande projeto internacional que pode significar um passo em frente no desenvolvimento da fusão nuclear. A construção do Reator Termonuclear Experimental Internacional, ou ITER, começou em 2006 no sul da França.

A reação em si tem lugar num plasma de deutério-trítio, ou seja, em gás ionizado que consiste de elétrons liberados pelos núcleos do átomos de deutério e trítio. A energia de ativação é assegurada pelo aquecimento do plasma a uma temperatura de cerca de cem milhões de graus centígrados. A parede do reator derreteria a semelhante temperatura, pelo que o plasma é mantido em movimento dentro de um campo magnético em forma de anel. Este campo magnético é produzido por um eletroíman toroidal. Este tipo de reatores de fusão chama-se reator Tokamak. Num Tokamak, o plasma é aquecido mediante eletricidade e microondas. A reação de fusão começa a uma temperatura extremamente alta.

A previsão de término da construção do reator ITER em 2018. O ITER foi concebido para produzir 500 megawatts de potência de saída por 50 megawatts de potência de entrada durante 400 segundos. O objetivo deste reator não passa pela produção industrial de energia, mas sim por desenvolver e testar as tecnologias necessárias para a produção de energia. Encontra-se também em preparação a criação de um outro reator, o DEMO de 2.000 megawatts, que ocupar-se-á da produção de energia contínua.

Os sete participantes do projeto ITER são a UE, os EUA, o Japão, a Coreia do Sul, a Índia, a China e a Rússia. O custo total do projeto ascende a cerca de 16 mil milhões de euros, sendo metade paga pela UE. Espera-se que esta cooperação internacional resulte numa tecnologia segura e amiga do ambiente, que possa cobrir continuamente as crescentes necessidades energéticas.

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