Projetos inovadores usando supercondutores modernos em breve permitirão a fusão termonuclear controlada, dizem alguns otimistas. Especialistas, no entanto, prevêem que a aplicação prática levará várias décadas.
Por que é tão difícil?
A energia de fusão é considerada uma fonte potencial de energia para o futuro. Esta é a energia pura do átomo. Mas o que é e por que é tão difícil de alcançar? Para começar, precisamos entender a diferença entre fissão nuclear clássica e fusão termonuclear.
A fissão do átomo ocorre quando isótopos radioativos - urânio ou plutônio - são fissionados e transformados em outros isótopos altamente radioativos, que devem ser enterrados ou reciclados.
A reação de fusão consiste no fato de que dois isótopos de hidrogênio - deutério e trítio - se fundem em um único todo, formando hélio atóxico e um único nêutron, sem produzir resíduos radioativos.
Problema de controle
Reações queocorrer no Sol ou em uma bomba de hidrogênio - isso é fusão termonuclear, e os engenheiros enfrentam uma tarefa assustadora - como controlar esse processo em uma usina?
Isso é algo em que os cientistas vêm trabalhando desde a década de 1960. Outro reator de fusão experimental chamado Wendelstein 7-X começou a operar na cidade de Greifswald, no norte da Alemanha. Ele ainda não foi projetado para criar uma reação - é apenas um projeto especial que está sendo testado (um stellarator em vez de um tokamak).
Plasma de Alta Energia
Todas as instalações termonucleares têm uma característica comum - uma forma anular. Baseia-se na ideia de usar eletroímãs poderosos para criar um campo eletromagnético forte em forma de toro - um tubo de bicicleta inflado.
Este campo eletromagnético deve ser tão denso que quando é aquecido em um forno de microondas a um milhão de graus Celsius, um plasma deve aparecer no centro do anel. Ele é então aceso para que a fusão possa começar.
Demonstração de possibilidades
Na Europa, dois desses experimentos estão em andamento. Um deles é o Wendelstein 7-X, que recentemente gerou seu primeiro plasma de hélio. O outro é o ITER, uma enorme instalação experimental de fusão no sul da França que ainda está em construção e estará pronta para entrar em operação em 2023.
Assume-se que reações nucleares reais ocorrerão no ITER, no entanto, apenas empor um curto período de tempo e certamente não mais de 60 minutos. Este reator é apenas um dos muitos passos para tornar a fusão nuclear uma realidade.
Reator de fusão: menor e mais potente
Recentemente, vários projetistas anunciaram um novo projeto de reator. De acordo com um grupo de estudantes do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, além de representantes da empresa de armas Lockheed Martin, a fusão pode ser realizada em instalações muito mais poderosas e menores que o ITER, e eles estão prontos para fazê-lo em dez anos.
A ideia do novo projeto é usar supercondutores modernos de alta temperatura em eletroímãs, que exibem suas propriedades quando resfriados com nitrogênio líquido, ao invés dos convencionais, que requerem hélio líquido. Uma tecnologia nova e mais flexível permitirá um redesenho completo do reator.
Klaus Hesch, responsável pela tecnologia de fusão nuclear no Instituto de Tecnologia de Karlsruhe, no sudoeste da Alemanha, está cético. Ele suporta o uso de novos supercondutores de alta temperatura para novos projetos de reatores. Mas, segundo ele, não basta desenvolver algo em um computador, levando em conta as leis da física. É preciso levar em conta os desafios que surgem ao colocar uma ideia em prática.
Ficção científica
Segundo Hesh, o modelo de estudante do MIT mostra apenas a possibilidade de um projeto. Mas na verdade é muita ficção científica. Projetosugere que os graves problemas técnicos da fusão foram resolvidos. Mas a ciência moderna não tem ideia de como resolvê-los.
Um desses problemas é a ideia de bobinas dobráveis. Os eletroímãs podem ser desmontados para entrar no anel que contém o plasma no modelo de design do MIT.
Isso seria muito útil porque pode-se acessar objetos no sistema interno e substituí-los. Mas, na realidade, os supercondutores são feitos de material cerâmico. Centenas deles devem ser entrelaçados de maneira sofisticada para formar o campo magnético correto. E aqui há dificuldades mais fundamentais: as conexões entre eles não são tão simples quanto as conexões dos cabos de cobre. Ninguém ainda pensou em conceitos que ajudariam a resolver tais problemas.
Muito calor
Alta temperatura também é um problema. No núcleo do plasma de fusão, a temperatura atingirá cerca de 150 milhões de graus Celsius. Este calor extremo permanece no local - bem no centro do gás ionizado. Mas mesmo ao seu redor ainda está muito quente - de 500 a 700 graus na zona do reator, que é a camada interna de um tubo de metal no qual o trítio necessário para que ocorra a fusão nuclear irá "reproduzir"
O reator de fusão tem um problema ainda maior - a chamada liberação de energia. Esta é a parte do sistema que recebe o combustível utilizado, principalmente o hélio, proveniente do processo de fusão. Primeiroos componentes metálicos nos quais o gás quente entra são chamados de "desviadores". Pode aquecer até mais de 2000°C.
Problema do desviador
Para que a planta resista a essas temperaturas, os engenheiros estão tentando usar o metal tungstênio usado nas antigas lâmpadas incandescentes. O ponto de fusão do tungstênio é de cerca de 3000 graus. Mas também há outras limitações.
No ITER, isso pode ser feito, pois o aquecimento nele não ocorre constantemente. Supõe-se que o reator operará apenas 1-3% do tempo. Mas isso não é uma opção para uma usina que precisa funcionar 24 horas por dia, 7 dias por semana. E, se alguém afirma ser capaz de construir um reator menor com a mesma potência do ITER, é seguro dizer que ele não tem uma solução para o problema do desviador.
Central elétrica em algumas décadas
No entanto, os cientistas estão otimistas com o desenvolvimento de reatores termonucleares, porém, não será tão rápido quanto alguns entusiastas prevêem.
ITER deve mostrar que a fusão controlada pode realmente produzir mais energia do que seria gasto no aquecimento do plasma. O próximo passo é construir uma nova usina de demonstração híbrida que realmente gere eletricidade.
Engenheiros já estão trabalhando em seu projeto. Eles terão que aprender com o ITER, que está programado para ser lançado em 2023. Considerando o tempo necessário para projeto, planejamento e construção, pareceé improvável que a primeira usina de energia de fusão seja lançada muito antes da metade do século 21.
Rossi Cold Fusion
Em 2014, um teste independente do reator E-Cat concluiu que o dispositivo produziu uma média de 2.800 watts de potência em um período de 32 dias com um consumo de 900 watts. Isso é mais do que qualquer reação química é capaz de isolar. O resultado fala ou de um avanço na fusão termonuclear ou de uma fraude total. O relatório decepcionou os céticos, que duvidam se o teste foi realmente independente e sugerem uma possível falsificação dos resultados do teste. Outros estão ocupados descobrindo os "ingredientes secretos" que permitem a fusão de Rossi para replicar a tecnologia.
Rossi é um golpista?
Andrea é imponente. Ele publica proclamações ao mundo em inglês único na seção de comentários de seu site, pretensiosamente chamada de Journal of Nuclear Physics. Mas suas tentativas anteriores fracassadas incluíram um projeto italiano de transformação de resíduos em combustível e um gerador termoelétrico. Petroldragon, um projeto de transformação de resíduos em energia, falhou em parte porque o despejo ilegal de resíduos é controlado pelo crime organizado italiano, que apresentou acusações criminais contra ele por violar os regulamentos de gerenciamento de resíduos. Ele também criou um dispositivo termoelétrico para o Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA, mas durante os testes, o dispositivo produziu apenas uma fração da energia declarada.
Muitos não confiam em Rossi, e o editor-chefe do New Energy Times o chamou de criminoso com uma série de projetos de energia fracassados por trás dele.
Verificação independente
Rossi assinou um contrato com a empresa americana Industrial Heat para realizar um teste secreto de um ano de uma usina de fusão a frio de 1 MW. O dispositivo era um contêiner de transporte embalado com dezenas de E-Cats. O experimento teve que ser controlado por um terceiro que pudesse confirmar que a geração de calor estava realmente ocorrendo. Rossi afirma ter passado grande parte do ano passado praticamente morando em um contêiner e supervisionando as operações por mais de 16 horas por dia para provar a viabilidade comercial do E-Cat.
O teste terminou em março. Os partidários de Rossi aguardavam ansiosamente o relatório dos observadores, esperando a absolvição de seu herói. Mas no final eles conseguiram um processo.
Contencioso
Em um processo judicial da Flórida, Rossi afirma que o teste foi bem-sucedido e um árbitro independente confirmou que o reator E-Cat produz seis vezes mais energia do que consome. Ele também alegou que a Industrial Heat concordou em pagar a ele US$ 100 milhões - US$ 11,5 milhões adiantados após o teste de 24 horas (ostensivamente por direitos de licenciamento para que a empresa pudesse vender a tecnologia nos EUA) e outros US$ 89 milhões após a conclusão bem-sucedida do período estendido. julgamento. no prazo de 350 dias. Rossi acusou IH de executar um "esquema fraudulento"cujo objetivo era roubar sua propriedade intelectual. Ele também acusou a empresa de se apropriar indevidamente de reatores E-Cat, copiar ilegalmente tecnologias e produtos inovadores, funcionalidades e designs e abusar da patente de sua propriedade intelectual.
Mina de Ouro
Em outros lugares, Rossi afirma que em uma de suas manifestações, IH recebeu US$ 50-60 milhões de investidores e outros US$ 200 milhões da China após uma repetição envolvendo altos funcionários chineses. Se isso for verdade, então muito mais de cem milhões de dólares estão em jogo. A Industrial Heat descartou essas alegações como infundadas e vai se defender ativamente. Mais importante, ela afirma que "trabalhou por mais de três anos para confirmar os resultados que Rossi supostamente alcançou com sua tecnologia E-Cat, sem sucesso."
IH não acredita no E-Cat, e o New Energy Times não vê razão para duvidar disso. Em junho de 2011, um representante da publicação visitou a Itália, entrevistou Rossi e filmou uma demonstração de seu E-Cat. Um dia depois, ele relatou suas sérias preocupações sobre o método de medição de energia térmica. Após 6 dias, o jornalista postou seu vídeo no YouTube. Especialistas de todo o mundo lhe enviaram análises, que foram publicadas em julho. Ficou claro que isso era uma farsa.
Confirmação experimental
No entanto, vários pesquisadores - Alexander Parkhomov da Peoples' Friendship University of Russia e do Martin Fleishman Memorial Project (MFPM) -conseguiu reproduzir a fusão termonuclear fria da Rússia. O relatório do MFPM foi intitulado "O fim da era do carbono está próximo". O motivo de tanta admiração foi a descoberta de uma explosão de radiação gama, que só pode ser explicada por uma reação termonuclear. Segundo os pesquisadores, Rossi tem exatamente o que diz.
Uma receita aberta viável para a fusão a frio pode desencadear uma corrida do ouro da energia. Métodos alternativos podem ser encontrados para contornar as patentes de Rossi e mantê-lo fora do negócio multibilionário de energia.
Então talvez Rossi prefira evitar essa confirmação.
