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

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

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

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

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

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

Reação de Fusão Nuclear:PROCESSO

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

EQUIPAMENTOS Confinamento Inercial x Magnético

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

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

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

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

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

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

Projeto ITER Colaboradores Atuais:EQUIPAMENTOS

Projeto ITEREQUIPAMENTOS

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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