Fusão Nuclear

1. As condições necessárias para que a fusão ocorra no Sol e nas outras estrelas são garantidas, naturalmente, por forças gravitacionais muito intensas . Este confinamento gravítico não é possível na Terra. Há, contudo, duas vias alternativas para obter a fusão nos laboratórios: o confinamento magnético e o confinamento inercial.

1.1. Confinamento magnético: Como o plasma é um fluido eletricamente condutor (embora globalmente neutro), quando se lhe aplicam campos magnéticos, as partículas carregadas (iões e electrões) descrevem trajetórias em forma de hélice enrolando-se em volta das linhas do campo, ficando deste modo capturadas. É este o princípio do confinamento magnético, o qual necessita de tempos de confinamento da ordem do segundo (fusão lenta), dado que as densidades do plasma são muito baixas

1.2. Confinamento inercial: Nesta configuração são utilizados lasers muito potentes ou feixes de partículas que são focados num pequeno alvo, constituído por uma pequena cápsula de combustível formado por deutério e trítio As reações de fusão ocorrem durante um tempo muito curto, da ordem de alguns bilionésimos de segundo (fusão rápida), uma vez que a densidade de combustível nas cápsulas é muito elevada (1027 m-3)

2. Reator de fusão : A mistura de combustível é injetada na câmara onde, graças aos sistemas de confinamento e de aquecimento, passa ao estado de plasma e é “queimado” . O plasma produz cinzas (átomos de hélio) e energia, sob a forma de radiação ou de partículas carregadas, que abandonam a sua energia na “primeira parede”, que constitui o primeiro obstáculo material que encontram para além do plasma. A energia cinética dos neutrões, por sua vez, é convertida em calor na camada fértil (breeding blanket) , que é o elemento situado depois da “primeira parede”, dentro da câmara de vácuo. Esta câmara isola o espaço onde se dão as reações de fusão do exterior. A camada fértil desempenha assim várias funções: (i) recupera a energia dos neutrões; (ii) regenera o trítio necessário à reação de fusão; (iii) protege a câmara de vácuo e o sistema magnético, reduzindo consideravelmente o fluxo e a energia dos neutrões. A primeira parede, a camada fértil e a câmara de vácuo são arrefecidas por um sistema de extração de energia. Esta energia é utilizada para produzir vapor, que vai ser usado para gerar energia eléctrica

3. Vantagens da fusão : A fusão nuclear é uma fonte potencial de energia limpa, “amiga” do ambiente, segura, praticamente inesgotável e economicamente atrativa.

3.1. Os combustíveis básicos, deutério e lítio, são abundantes e encontram-se bem distribuídos geograficamente.

3.1.1. No caso de ocorrer qualquer tipo de acidente basta fechar a torneira de admissão do combustível para que as reacções de fusão cessem quase instantaneamente

3.1.1.1. A fusão, tal como as energias renováveis e a fissão, não produz gases com efeito de estufa ou poluição atmosférica

3.1.1.1.1. Nenhum dos combustíveis de base (deutério e lítio) ou o produto da reacção (hélio), são tóxicos ou radioactivos.

4. Para conseguir uma reacção de fusão é necessário aproximar dois núcleos que, devido a terem carga do mesmo sinal (positiva), têm tendência a repelir-se. Para ultrapassar esta barreira natural e chegar à zona muito próxima do núcleo onde se manifestam as forças nucleares, é preciso que os núcleos possuam uma energia considerável

4.1. A fusão exige, por isso, que o meio que reage possua temperaturas muito elevadas, tipicamente da ordem de 100 milhões de graus Celsius (10 keV). A temperaturas tão elevadas, os electrões separam-se dos núcleos e a matéria fica no estado de plasma. O plasma é um meio ionizado, com comportamento colectivo e macroscopicamente neutro , que existe na Natureza sob diversas formas; na realidade, 99 por cento da matéria do Universo encontra-se na forma de plasma, o quarto estado da matéria

5. Para que a fusão possa ser utilizada como fonte de energia é necessário que, além da temperatura elevada, o plasma esteja confinado o tempo suficiente para garantir que o conjunto de partículas carregadas sofra um número suficiente de reações de fusão

5.1. Para que a fusão seja rentável do ponto de vista energético, é ainda necessário que a energia produzida pelas reacções de fusão exceda largamente as perdas térmicas do plasma.