Física da Poluição do Ar Anderson Alves da Silva, Érick Murilo Villegas, Silvio Luiz Ventavele da Silva, William Kavassaki.

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1 Física da Poluição do Ar Anderson Alves da Silva, Érick Murilo Villegas, Silvio Luiz Ventavele da Silva, William Kavassaki

2 junção de dois núcleos atômicos leves formação de um núcleo atômico pesado; A Fusão Nuclear é um processo físico que, ao contrário da Fissão Nuclear, promove a junção de dois núcleos atômicos leves, obtendo como produto, a formação de um núcleo atômico pesado; topo das listas de tecnologias energéticas fonte de energia isenta de carbono; Os Reatores de Fusão Nuclear estão no topo das listas de tecnologias energéticas definitivas para a humanidade, constituindo uma fonte de energia isenta de carbono; geração de 1 GigaWatt alguns quilogramas de combustível por dia; Potencial de geração de 1 GigaWatt de eletricidade de apenas alguns quilogramas de combustível por dia;INTRODUÇÃO

3 Forças de Interação: Força Coulombiana; Força Coulombiana; Força Nuclear Forte; Força Nuclear Forte; Barreira Coulombiana: Barreira Coulombiana: Energia fornecida ao sistema para transpor o campo de atuação entre a Força Coulombiana e Força Nuclear Forte, sendo isto possível através de: Fusão Projétil-Alvo; Fusão Projétil-Alvo; Fusão Projétil-Projétil; Fusão Projétil-Projétil; Fusão Termonuclear; Fusão Termonuclear;PROCESSO

4 Fusão Termonuclear: PLASMA ( Gás Ionizado); Fusão Termonuclear: Elevação da temperatura dos reagentes, promovendo- os ao estado de PLASMA ( Gás Ionizado); O processo de Fusão Nuclear pode, dependendo da escolha dos reagentes: Liberar Energia; Consumir Energia; Consumir Energia; elementos leves sofrem fusão mais facilmente Núcleos de elementos leves sofrem fusão mais facilmente do que elementos mais pesados, e liberam como produto, além de um núcleo mais pesado, uma grande quantidade de energia;PROCESSO

5 Combustível da Fusão Nuclear: Hidrogênio: Isótopos de Hidrogênio: DEUTÉRIO E TRÍTIO – possuem a menor Barreira Coulombiana, sendo 0,1 MeV; DEUTÉRIO E TRÍTIO – Elementos leves que quando interagem em fusão, possuem a menor Barreira Coulombiana, sendo 0,1 MeV; elevado a uma temperatura de 1 GK; Para romper este valor de 0,1 MeV é necessário que o sistema termonuclear seja elevado a uma temperatura de 1 GK;PROCESSO

6 Técnicas para atingir 1 GK: Lasers de altíssima potência; Lasers de altíssima potência; Correntes elétricas de 7 milhões de Àmperes; Correntes elétricas de 7 milhões de Àmperes; Aquecimento base de Rádio Freqüência ou Microondas; Aquecimento base de Rádio Freqüência ou Microondas; Fatores que contribuem para diminuição do patamar de temperatura: A temperatura é uma média da Energia Cinética das partículas; A temperatura é uma média da Energia Cinética das partículas; Tunelamento das partículas através de um poço de potencial; Tunelamento das partículas através de um poço de potencial;PROCESSO

7 Reação de Fusão Nuclear:PROCESSO

8 PROBLEMA: todos os materiais conhecidos vaporizam a uma temperatura bem inferiores à necessária, PROBLEMA: Devido aos reagentes serem elevados ao estado de plasma e sabendo que todos os materiais conhecidos vaporizam a uma temperatura bem inferiores à necessária, não há recipiente que possa conter este gás sem que ocorram alterações físicas em seus componentes; RESPOSTA: RESPOSTA: Desenvolvimento de técnicas de confinamento do gás, evitando que estes alterem as propriedades dos constituintes do reator: Confinamento Inercial; Confinamento Inercial; Confinamento Magnético; Confinamento Magnético;EQUIPAMENTOS

9 EQUIPAMENTOS Confinamento Inercial x Magnético

10 Tokamak (Rússia,1951): Fusão Termonuclear; Fusão Termonuclear; Confinamento Magnético; Confinamento Magnético;EQUIPAMENTOS

11 JET (Inglaterra,1983): Atingiu estabilidade somente em 1991; Atingiu estabilidade somente em 1991;EQUIPAMENTOS

12 Tokamaks recém inaugurados e futuros: Índia: Projeto SST-1, concluído em 2006; China: Projeto EAST, concluído em 2006; Coréia: Projeto K-STAR, conclusão em 2008; EUA: Projeto NIF, conclusão em 2009; JAPÃO: Projeto NCT, sem previsão;EQUIPAMENTOS

13 Projeto ITER: Iniciado em 1992; Países colaboradores, inicialmente: Término de desenho e engenharia em 1998; Custo estimado de 6 bilhões de doláres; Custo considerado alto: Saída dos EUA do grupo dos países investidores e idealizadores; Saída dos EUA do grupo dos países investidores e idealizadores;EQUIPAMENTOS

14 Projeto ITER - Revisão em 2000: Custo estimado de 3 bilhões de doláres; Custo estimado de 3 bilhões de doláres; Objetivos atuais: Controlar a fusão dos isótopos de Hidrogênio D-T em Hélio por um tempo suficiente para gerar dez vezes a energia que consome, fato este não atingido pelos outros Tokamaks desenvolvidos; Controlar a fusão dos isótopos de Hidrogênio D-T em Hélio por um tempo suficiente para gerar dez vezes a energia que consome, fato este não atingido pelos outros Tokamaks desenvolvidos; Testar meios de usar os nêutrons de alta velocidade criados pela reação para gerar o isótopo de Hidrogênio Trítio; Testar meios de usar os nêutrons de alta velocidade criados pela reação para gerar o isótopo de Hidrogênio Trítio;EQUIPAMENTOS

15 Projeto ITER - Revisão em 2000: Objetivos atuais: Integrar a grande variedade de tecnologias necessárias para uma usina de fusão comercial, buscando estabelecer as bases experimentais para mostrar que o uso comercial é possível; Integrar a grande variedade de tecnologias necessárias para uma usina de fusão comercial, buscando estabelecer as bases experimentais para mostrar que o uso comercial é possível; Local de Construção: França; França; Previsão de inauguração: Ano de 2016; Ano de 2016;EQUIPAMENTOS

16 Projeto ITER Colaboradores Atuais:EQUIPAMENTOS

17 Projeto ITEREQUIPAMENTOS

18 Reação: D + T 4 He + n + 17,6 MeV Reação: D + T 4 He + n + 17,6 MeV Deutério - D: Elemento não radioativo; Elemento não radioativo; Abundante na natureza: Abundante na natureza: 01 Núcleo D a cada 3500 moléculas de H 2 O; 01 Núcleo D a cada 3500 moléculas de H 2 O; Trítio - T: Elemento radioativo; Elemento radioativo; Meia vida de 12,36 anos; Meia vida de 12,36 anos; Fabricado no próprio reator; Fabricado no próprio reator; REAGENTES E PRODUTOS

19 Reação: D + T 4 He + n + 17,6 MeV Reação: D + T 4 He + n + 17,6 MeV Nêutron - n: Altamente energético; Altamente energético; Carrega cerca de 80 % de energia da reação (14 MeV); Carrega cerca de 80 % de energia da reação (14 MeV); Proposta: Desacelerá-lo em uma camada fértil, suficientemente espessa, constituída ao redor do núcleo do reator, contendo como elemento de formação o Li; Reação: 6 Li + n 4 He + T + 4,86 MeV – 92,5% do Li natural 7 Li + n 4 He + T - 2,50 MeV – 7,5% do Li natural REAGENTES E PRODUTOS

20 Reação: D + T 4 He + n + 17,6 MeV Reação: D + T 4 He + n + 17,6 MeV Hélio - 4 He : Deverá ser desacelerado e removido do reator; potência dissipada manter a temperatura do plasma auto- sustentada (IGNIÇÃO); Partículas Alfa: Quando a potência dissipada por estas partículas for suficiente para manter a temperatura do plasma, a reação se torna auto- sustentada (IGNIÇÃO); não será necessário a utilização de acréscimos de energia exterior. Mantida a temperatura e a densidade do plasma, não será necessário a utilização de acréscimos de energia exterior. REAGENTES E PRODUTOS

21 Atingido o ponto de IGNIÇÃO tem-se: A energia liberada pelo reator será maior que a energia necessária para se iniciar a reação de fusão; A energia liberada pelo reator será maior que a energia necessária para se iniciar a reação de fusão; Ganho – Q: Q > 1 Quando Q > 1, o reator produziu mais energia do que consumiu; Reatores de Fusão Nuclear: JET: Q = 0,6; JET: Q = 0,6; ITER: 5 Q 10; ITER: 5 Q 10; Reator Comercial: Q 30; Reator Comercial: Q 30; REAGENTES E PRODUTOS

22 Os combustíveis básicos, tais como Deutério e Lítio não são radioativos, sendo abundantes na natureza e distribuídos de modo uniforme na crosta terrestre; A combustão entre os reagentes não poderá ocorrer de forma descontrolada, pois a cessação das reações de fusão poderá ocorrer quando não se injetar mais combustível no reator, terminado os processos em uma fração de segundos;VANTAGENS

23 Os problemas com os resíduos do processo são limitados, pois não existem rejeitos radioativos oriundos dos mesmos, sendo que o tratamento dos gases emitidos no processo poderá ser feito no local; A radioatividade dos componentes constituintes do reator, devido a exposição dos mesmos aos nêutrons altamente energéticos e conseqüentes da reação, utilizados para a produção de Trítio, terão de ser armazenados em local apropriado, sendo que o seu tempo de confinamento será bem inferior a cem anos;VANTAGENS

24 Geração de energia elevada quando comparado o processo de Fusão Nuclear ao Processo de Fissão Nuclear; Não há emissão de gases estufa que poderiam gerar mudanças climáticas na Terra, constituindo uma fonte de energia limpa; Integração entre as tecnologias de Fusão e Fissão Nuclear, produzindo Urânio nos reatores Tokamaks, para serem utilizados nas usinas de fissão;VANTAGENS

25 Desvantagens intimamente ligadas a fatores políticos e econômicos; Investimentos enormes, sem a garantia de sucesso dos resultados a serem alcançados necessidades imediatistas e eleitorais dos economistas e políticos Investimentos enormes, sem a garantia de sucesso dos resultados a serem alcançados são, portanto, uma aposta que a maioria dos governos não quer assumir, provavelmente devido às necessidades imediatistas e eleitorais dos economistas e políticos, pois os resultados efetivos só seriam observados posteriormente. Desta forma, a pesquisa em fusão nuclear mantém seus recursos limitados.DESVANTAGENS

26 Os obstáculos tecnológicos a serem vencidos resultam no desinteresse de muitos países no processo de Fusão Nuclear em larga escala. Aprimoramento das bobinas supercondutoras, necessárias para aplicação de campos magnéticos elevados, visando o confinamento do plasma; Desenvolvimento de componentes com excelentes propriedades termo- mecânicas, para revestimento das paredes do reator;OBSTÁCULOS

27 Estudo aprofundado da produção de Trítio e Urânio no próprio reator; Estudo aprofundado de meios de purificação dos gases resultantes; Estudo aprofundado de meios de purificação dos gases resultantes; Estudo aprofundado de segurança e impacto ambiental, incluindo tratamento de resíduos e controle de possíveis falhas no processo; Estudo aprofundado de segurança e impacto ambiental, incluindo tratamento de resíduos e controle de possíveis falhas no processo;OBSTÁCULOS

28 Física da Poluição do Ar Anderson Alves da Silva, Érick Murilo Villegas, Silvio Luiz Ventavele da Silva, William Kavassaki