A corrida para a fusão nuclear

A fusão nuclear é o mais novo santo graal da ciência moderna, pois trata-se de um processo que em teoria, irá fornecer à humanidade energia ilimitada, de maneira limpa, a baixo custo, e que promete, inclusive, auxiliar na diminuição do aquecimento global, uma vez que em sua execução não há a emissão de gases nem de poluentes.

Para isto, diversos centros de pesquisas, financiados pelas maiores potências do globo, têm se lançado em uma jornada incessante de desenvolvimento desta tecnologia, e, já prometem entregar resultados efetivos dentro dos próximos 10 anos.

Mas afinal, o que é fusão nuclear?

A fusão nuclear é um processo em que dois núcleos leves (H) se combinam para formar um único núcleo, mais pesado (He). Ou seja, dois átomos se fundem, se transformando em apenas 1 novo (e diferente) átomo.

Neste processo, o novo átomo resultante, apesar de ser mais pesado que os seus dois constituintes, individualmente, é mais leve que a soma destes dois, desta forma, essa diferença de massa é emitida sob a forma de energia pura, de acordo com a clássica equação do físico Albert Einstein (E=m.c^2).

Isótopos do Hidrogênio

A fusão nuclear se realiza com mais facilidade e eficiência a partir de dois isótopos do Hidrogênio:

a) Deutério - também conhecido como hidrogênio pesado, é um dos isótopos estáveis do Hidrogênio. O núcleo atômico do Deutério é formado por um próton e um nêutron e sua massa atômica é de 2.014, encontra-se na natureza na proporção de 1 para cada cerca de 2.700.000 átomos de hidrogênio;

b) Trítio - também conhecido como trício, seu núcleo atômico contém 1 próton e 2 nêutrons. É um isótopo radioativo que apresenta uma meia-vida de 12,32 ± 0,02 anos. Emite radiação do tipo β (beta).

Como o núcleo do Trítio apresenta três núcleons que participam na interação forte e, somente um próton carregado eletricamente, o trítio pode liberar grande quantidade de energia ao realizar a fusão nuclear, e pode fazê-lo mais facilmente que os outros isótopos mais comuns do Hidrogênio.

Exemplo de fusão Nuclear na Natureza

O nosso sol e as outras estrelas que vocês veem no céu noturno, brilham (e existem), justamente por causa da fusão nuclear.

Estrelas, inicialmente, nada mais são que gigantescos amontoados de gás Hidrogênio, unidos pela atração gravitacional, em um único ponto. Em um dado momento, este determinado ponto reúne uma quantidade tão colossal de gás, que a essa enorme massa exerce uma pressão muito brutal nos átomos de hidrogênio que se encontram em seu centro, o que ocasiona a ocorrência de três fenômenos:

a) a temperatura neste ponto central se eleva exponencialmente, o que confere bastante energia térmica aos elétrons dos átomos que lá se encontram, fazendo com que estes se afastem de seus núcleos, os deixando expostos;

b) a pressão brutal exercida neste ponto central, une os núcleos expostos forçando-os a vencer a força da repulsão eletrostática provocada pelas suas cargas semelhantes, até o ponto em que a chamada "energia nuclear forte" possa agir para unir estes núcleos;

c) no momento da fusão, como efeito, ocorre uma violenta emissão de energia no núcleo fundido, o que aquece cada vez mais o centro da massa do gás Hidrogênio acumulado, fazendo com que esta se inflame e se transforme nestes gigantescos reatores que chamamos de estrelas.

Exemplos de fusão artificial

Atualmente o único exemplo, bem sucedido, de fusão nuclear criada pelo ser humano, é a fusão não controlada, ou seja, as chamadas bombas termonucleares ou bomba de Hidrogênio.

Trata-se de um artefato que possui um potencial destrutivo cerca de 1.000 vezes maior que o das bombas convencionais de fissão nuclear.

Porém, para que seja possível a ocorrência desta fusão nuclear, torna-se necessário, em primeiro lugar, provocar uma explosão atômica convencional, ou seja, por meio de fissão nuclear, pois só assim, se produzirão as altas temperaturas e pressões, necessárias para ocorrer o processo da fusão dos núcleos de Hidrogênio.

Inicia-se a reação, disparando-se uma espécie de projétil de Urânio ou Plutônio altamente enriquecido sobre uma porção maior feita do mesmo material. Esse impacto desencadeia as reações de fissão (quebra dos núcleos dos átomos), gerando uma poderosa explosão nuclear preliminar, essa explosão gera calor e pressão suficientes para dar início à fusão nuclear.

Fusão Nuclear Controlada

O grande desafio da humanidade é desenvolver uma tecnologia capaz de realizar uma fusão nuclear controlada para a geração e captação das energia que este processo desprende.

Diversos centros de pesquisa, no mundo, estão debruçados no esforço de desenvolver reatores capazes de realizar este tipo de processo, e os modelos mais eficazes, são os denominados "Tokamaks".

Tokamaks são reatores esféricos, experimentais, que confinam o plasma em intensos campos magnéticos, formados por supercondutores de alta temperatura (HTS).

Isto porque, para que a fusão ocorra, exige-se que o meio em que ela irá reagir possua temperaturas muito elevadas, tipicamente da ordem de 100 milhões de graus Celsius (10 keV), uma vez que, somente nestas temperaturas elevadas, os elétrons se separarão dos seus núcleos e a matéria ficará no estado físico conhecido como "plasma".

Conhecido como o quarto estado da matéria, o plasma é obtido a partir do superaquecimento dos gases, fazendo com que as suas moléculas se rompam, produzindo íons e elétrons neutros entre si, na realidade, 99% da matéria do Universo encontra-se

sob a forma de plasma.

Uma vez que o plasma, por se formar basicamente de íons, este possui uma grande sensibilidade aos campos eletromagnéticos, desta forma, ele pode ter a sua forma moldada de acordo com a influência do campo magnético que incide sobre ele, permitindo assim, em teoria a ocorrência da fusão.

O campo magnético também tem função a função de encapsular o plasma (o chamado “confinamento magnético”), evitando que este se choque com as paredes do Tokamak e assim se resfrie, retornando ao estado físico de gás.

As partículas alfa (núcleos de Hélio) emitidas no processo de fusão, altamente energizadas, colidem com outras partículas do plasma, mantendo-o aquecido, de forma que a reação de fusão se torna autossustentável.

Atualmente as experiências de maior sucesso estão ocorrendo na Inglaterra com a "Tokamak Energy", na França com o projeto "ITER", que envolve diversos colaboradores (União Européia, Japão, EUA, Rússia, China, Índia e Coréia do Sul)

Mas o experimento mais avançado, está sendo realizado na China com o projeto "EAST", cujo reator foi o primeiro a alcançar a temperatura de 100 milhões de graus centígrados (seis vezes mais quente que o núcleo do sol) e, manteve por mais de 100 segundos as condições favoráveis e necessárias para a ocorrência da fusão nuclear.

Pesquisa Sobre Fusão Nuclear no Brasil

Apesar do descaso do governo federal com a pesquisa científica universitária no país, alguns bravos pesquisadores ainda resistem ao severo corte de verbas e ao desmonte das universidades públicas brasileiras, que são os únicos centros de excelência em pesquisa científica no país.

O grupo "Tokamak NOVA", do Instituto de Física da Universidade de Campinas (Unicamp), realiza pesquisas sobre fusão nuclear, se configurando em centro de excelência na América Latina nesta matéria.

Com um reator tokamak recebido como doação pelo governo do Japão, no ano de 1996, o grupo de pesquisa realiza experimentos com plasmas de Hidrogênio em uma temperatura de cerca de 2,5 milhões de graus Celsius, mantido durante 15 milissegundos, confinado por um campo magnético de 1 tesla, o que mantém o plasma a uma pressão 20 vezes maior que a pressão atmosférica.

Este é um aparelho pequeno em comparação com os gigantes pelo mundo afora, mas o tamanho dá vantagens: é muito mais barato fazê-lo funcionar e, assim, pode-se repetir um experimento quantas vezes se quiserem até se conseguir chegar a uma conclusão sobre uma teoria ou um teste.

Recentemente, o físico brasileiro Vinícius Njaim Duarte, atualmente realizando trabalho de pós-doutoramento no Laboratório de Física do Plasma de Princeton, nos Estados Unidos, fez uma importante descoberta, que eliminou um dos maiores obstáculos que havia para a autossustentabilidade do processo de fusão nuclear.

Energia Limpa

A energia que é gerada pela fusão nuclear controlada tende a ser bem mais limpa do que aquela produzida pela fissão nuclear, uma vez que seu principal resíduo, são os átomos de Hélio, que formam um gás inerte, e uma muito pequena quantidade de emissão nuclear de baixa perigosidade.

Sendo assim, apesar dos bilhões de dólares que vem sendo empregados nas pesquisas de desenvolvimento desta tecnologia, ainda encontramos alguns pesquisadores que encaram a sua futura existência como um "mito", mas a verdade é que, se esta fonte de energia se materializar, o mundo será sacudido por uma nova revolução civilizatória, uma vez que obteremos energia para evoluir além do que imaginamos na atualidade, sem agredir o planeta.