Física da Poluição do Ar
Anderson Alves da Silva, Érick Murilo Villegas, Silvio Luiz Ventavele da Silva, William Kavassaki
INTRODUÇÃO
 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;
 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;
 Potencial de geração de 1 GigaWatt de
eletricidade
de
apenas
alguns
quilogramas de combustível por dia;
PROCESSO
 Forças de Interação:
 Força Coulombiana;
 Força Nuclear Forte;
 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-Projétil;
 Fusão Termonuclear;
PROCESSO
 Fusão Termonuclear: Elevação da
temperatura dos reagentes, promovendoos ao estado de PLASMA ( Gás Ionizado);
 O processo de Fusão Nuclear pode,
dependendo da escolha dos reagentes:
 Liberar Energia;
 Consumir Energia;
 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:
 Isótopos de Hidrogênio:
DEUTÉRIO E TRÍTIO – Elementos
leves que quando interagem em
fusão, possuem a menor Barreira
Coulombiana, sendo 0,1 MeV;
 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;
 Correntes elétricas de 7 milhões de
Àmperes;
 Aquecimento
base
de
Freqüência ou Microondas;
Rádio
 Fatores que contribuem para diminuição
do patamar de temperatura:
 A temperatura é uma média
Energia Cinética das partículas;
da
 Tunelamento das partículas através
de um poço de potencial;
PROCESSO
 Reação de Fusão Nuclear:
EQUIPAMENTOS
 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:
Desenvolvimento
de
técnicas de confinamento do gás,
evitando
que
estes
alterem
as
propriedades dos constituintes do reator:
 Confinamento Inercial;
 Confinamento Magnético;
EQUIPAMENTOS
 Confinamento Inercial x Magnético
EQUIPAMENTOS
 Tokamak (Rússia,1951):
 Fusão Termonuclear;
 Confinamento Magnético;
EQUIPAMENTOS
 JET (Inglaterra,1983):
 Atingiu
1991;
estabilidade
somente
em
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;
EQUIPAMENTOS
 Projeto ITER - Revisão em 2000:
 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;
 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;
 Local de Construção:
 França;
 Previsão de inauguração:
 Ano de 2016;
EQUIPAMENTOS
 Projeto ITER
 Colaboradores Atuais:
EQUIPAMENTOS
 Projeto ITER
REAGENTES E PRODUTOS
 Reação: D + T  4He + n + 17,6 MeV
 Deutério - D:
 Elemento não radioativo;
 Abundante na natureza:
 01 Núcleo D a cada 3500
moléculas de H2O;
 Trítio - T:
 Elemento radioativo;
 Meia vida de 12,36 anos;
 Fabricado no próprio reator;
REAGENTES E PRODUTOS
 Reação: D + T  4He + n + 17,6 MeV
 Nêutron - n:
 Altamente energético;
 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:
6Li
+ n → 4He + T + 4,86 MeV – 92,5% do Li natural
7Li
+ n → 4He + T - 2,50 MeV – 7,5% do Li natural
REAGENTES E PRODUTOS
 Reação: D + T  4He + n + 17,6 MeV
 Hélio - 4He :
 Deverá
ser
desacelerado
removido do reator;
e
 Partículas Alfa: Quando a
potência dissipada por estas
partículas for suficiente para
manter a temperatura do plasma,
a
reação
se
torna
autosustentada (IGNIÇÃO);
 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;
 Ganho – Q:
 Quando Q > 1, o reator
produziu mais energia do que
consumiu;
 Reatores de Fusão Nuclear:
 JET: Q = 0,6;
 ITER: 5  Q  10;
 Reator Comercial: Q  30;
VANTAGENS
 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;
DESVANTAGENS
 Desvantagens intimamente ligadas a
fatores políticos e econômicos;
 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.
OBSTÁCULOS
 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 termomecânicas, para revestimento das
paredes do reator;
OBSTÁCULOS
 Estudo aprofundado da produção de
Trítio e Urânio no próprio reator;
 Estudo aprofundado de meios
purificação dos gases resultantes;
de
 Estudo aprofundado de segurança e
impacto ambiental, incluindo tratamento
de resíduos e controle de possíveis falhas
no processo;
Física da Poluição do Ar
Anderson Alves da Silva, Érick Murilo Villegas, Silvio Luiz Ventavele da Silva, William Kavassaki