8/17/2019 Fusão Nuclear Ultimo

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Universidade Federal do Rio Grande do Sul- UFRGS -

Fusão Nuclear

Luiz Rebelatto Neto

2206/03-7

Porto Ale re! "" de #ul$o de 200%

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Introdução

Fus&o nu'lear ( o )ro'esso de *or+a,&o de u+ n 'leo a )artir da 'olis&o de dois

n 'leos +enores. sse )ro'esso )ode se dar 'o+ n 'leos +aiores! )or(+ o )ro'esso 1 ( derande 'o+)le idade )ara n 'leos )e uenos.4 )ro'esso de *us&o ve+ no sentido de su)rir u+ *uturo d(*i'it )or ener ia no

+undo.

Gráfico 01: Produção e destino da energia gerada por centrais elétricas

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Gráfico 02; percebe-se que o Brasil encontra-se le e!ente aci!a da !édia !undial doconsu!o de energia por "abitante#

Estimativa de energia de incialização da reação de fusão nuclear

A ener ia )ara 'o+e,ar u+ rea,&o de *us&o ( a ener ia 'in(ti'a! obtida )eloau+ento de te+)eratura dos 5n 'leos +enores. ssa ener ia deve ser su*i'iente )araven'er a *or,a 'oulo+biana! *or,a ue ( devido a di*eren,a de 'ar as e *azer 'o+ ue a*or,a nu'lear *orte )asse a ser e*etiva e +ais i+)ortante! visto ue ela s e*etiva e+dist8n'ia +uito )e uenas! +otivo )elo ual ela ( a a re adora das )art9'ulas de +es+osinal no n 'leo. A ener ia 'in(ti'a +9ni+a )ara ue o'orra a rea,&o de *us&o nu'lear )odeser esti+ada uando a intera,&o nu'lear se torna e*etiva uando os n 'leos :su)on$a+-sees*(ri'os; se to'a+.

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HKN "! "0− " E"E2 HeI @ HKN "! "0− " HeI

a teoria 'in(ti'a sabe-se ue a ener ia 'in(ti'a +(dia )or )art9'ula de u+ 1s ( da orde+de M ! ondeB

M @ "!3C07 "0− 23 # / O @ C!6"76 "0− "" HeI / O :'onstante de Moltz+ann ;

@ M ! ent&o )ode se er u+ esti+ativa rosseira da te+)eratura ne'ess1ria )ara ue a*or,a nu'lear *orte atue de *or+a si ni*i'ativa! *azendo 'o+ ue o'orra a rea,&o de *us&onu'lear.:"! "0− " HeI / C!6"76 "0− "" HeI; @ :O;

@ "!67 "0D O

+ a +es+a )robabilidade de o'orrer.A se,&o de '$o ue :+uito i+)ortante; da rea,&o 3 ( a)ro i+ada+ente "00 vezes+aior do ue a das rea, es " e 2 )ara ener ias abai o de "00 eIT u+a vez ue 3 ( )roduzido 'o+o )roduto da rea,&o 2! a rea,&o 3 o'orrer1 es)ontanea+ente.A rea,&o )redo+ina )ara altas ener ias de i+)a'to! a'i+a de 00 eI.

To ama

A si la 4OAHAO :'riado na anti a Uni&o Sovi(ti'a; si ni*i'ato roidal na aka !era ma gnitnoi k atus" i ! si la ue si ni*i'a '8+ara toroidal e bobinas +a n(ti'as#Atual+ente ( o +(todo +ais )ro+issor )ara obten,&o de *us&o nu'lear 'o+ *insener (ti'os. le 'onsiste basi'a+ente e+ u+ tor ide :*or+ato de u+ )neu de 'arro; no

ual dentro de u+a '8+ara de v1'uo 'ont(+ u+ anel de )las+a 'on*inado )or 'a+)os+a n(ti'os. -lo 'o+o

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)ara )roduzir u+ 'a+)o +a n(ti'o )oloidal. 4 outro 'o+)onente i+)ortante do 'a+)o+a n(ti'o 'orres)onde ao 'a+)o +a n(ti'o toroidal! erado )or 'orrentes el(tri'as ue'ir'ula+ nas bobinas de 'a+)o toroidal ao redor do tor ide! 'on*or+e *i ura 0". Al(+disso! 'orrentes ue 'ir'ula+ nas bobinas de 'ontrole de )osi,&o era+ 'a+)os +a n(ti'osau iliares ue +odi*i'a+ o 'a+)o )oloidal! e uilibrando o anel de )las+a e 'ontrolando

sua )osi,&o dentro da '8+ara. A 'o+bina,&o dos 'a+)os )oloidal e toroidal 'onduz ao'on*ina+ento ade uado do )las+a e+ o a+a s.

3igura 01 - Principais co!ponentes de u! siste!a de confina!ento !agnético do tipo4o a!a

!onfinamento e a"uecimento do plasma

A +aneira +ais e*i'iente de a ue'er o )las+a nu+ o a+a ( *azendo 'o+ ue'ir'ule atrav(s do )las+a u+a 'orrente induzida )ela bobina )ri+1ria. sta bobinare)resenta o 'ir'uito )ri+1rio de u+ trans*or+ador no ual o anel de )las+a 'onstitui o'ir'uito se'und1rio. Fun'iona 'o+o u+ a ue'edor el(tri'o onde o 'alor erado de)ende daintensidade da 'orrente e da resist>n'ia el(tri'a. ntretanto! a resistividade do )las+adi+inui ? +edida ue sua te+)eratura au+enta! tornando o )ro'esso de a ue'i+ento+enos e*i'iente. A te+)eratura +1 i+a atin ida e+ o a+a s )or a ue'i+ento resistivo:a ue'i+ento $+i'o; ( de a)ro i+ada+ente 3 "07 O :duas vezes a te+)eratura do sol;!a)esar de ser e tre+a+ente alta! ( +enor do ue a ne'ess1ria )ara *azer 'o+ ue u+ reator *un'ione! ue ( de a)ro i+ada+ente % "0C O :+ais ue 30 vezes a te+)eratura do sol;. 4s

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dois +(todos )rin'i)ais de a ue'i+ento adi'ional 'onsiste+ na in e,&o de *ei es de )art9'ulas neutras de alta ener ia e de ondas de radio*re V>n'ia de v1rios ti)os.

4 desen$o es ue+1ti'o do )ro'esso de a ue'i+ento au iliar )ode ser visto na*i ura 02.

3igura 02: 5queci!ento au6iliar fei6e por in7eção de fei6es de part8culas neutras#

oda a ess>n'ia de u+ reator de *us&o nu'lear ( i+itar u+ estrela 'o+o o sol! vistoue nelas o'orre+ rea, es de *us&o ue se autosustenta+-se. 4 )roble+a ( ue nas estrelas

o i+enso 'a+)o ravita'ional ( ue 'o+)ri+e as +assas )ara ue o'orra a *us&o. 4'on*ina+ento +a n(ti'o veio )reen'$er essa la'una )ara obter a *us&o nu'lear na erra! )ois esse a e 'o+o u+ re'i)iente ue n&o so*re a a,&o do 'alor! 'o+o o'orre 'o+re'i)ientes s lidos 'o+uns e n&o 'onstitui u+a *onte de i+)urezas ue! e+ e 'esso! )ode+evitar 'o+ ue as rea, es de *us&o o'orra+! 'on*or+e 2Q.

#ro$etos em andamento relacionados a fusão nuclear

#ro$eto ITER

4 K R :Knternational $er+onu'lear )eri+ental Rea'tor; ( u+ )ro etointerna'ional ue 'o+e,ou unindo os )ro ra+as de )es uisa da R ssia! Uni&o uro)(ia!#a)&o! n'ia de *us&o no+inal de 'er'a de%00HW 3Q.

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sse )ro eto ( u+a vers&o de u+ o a+a di+ensionado )ara )roduzir +aisener ia ue ( ne'ess1ria )ara sua ativa,&o. 4 avan,o dos )ro etos! ue 'o+e,ara+ nad('ada de 60-70 na anti a Uni&o Sovi(ti'a 'o+ o )ri+eiro o a+a 3! )ode ser visto noGr1*i'o 03.

Gráfico 09: 5 anço dos pro7etos de fusão nuclear

4 )ro eto do K R ( visto na *i ura es ue+1ti'a 02.

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3igura 09: reator de fusão do tipo 4o a!a pro7etado pelo &4$

Para se ter id(ia das di+ens es do reator! )er'ebe-se na base do reator! u+a )essoa e+ azul.

< A 4 R DC FinalPlas+a +a or radius :+;Raio +1 i+o do )las+a 6.0 7.7 C." 6.2

Plas+a $al* Xidt$ at +id-)lane :+; 2." 3.0 2.C 2.0Plas+a elon ation :D%Y *lu sur*a'e;Alon a+ento do )las+a :D%Y *lu o su)er*i'ial; ".DC ".6 ".6 ".7

oroidal +a neti' *ield on a is : ;

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sti+ated dire't 'onstru'tion 'ostnio! o deut(rio: ; e o tr9tio : ;. 4 deut(rio ( relativa+ente abundante na terra! sendo en'ontradas 30 )or

+etro ' bi'o de 1 ua! obtido )or +eio de eletr lise. 4 la o Geneva sozin$o )ode su)rir ade+anda +undial de deut(rio )or +il$ares de anos.4 tr9tio ( radioativo! 'o+ +eia vida de "2!36 anos! n&o sendo en'ontrado na

natureza 'o+ *a'ilidade. Nos testes ue ir&o durar 'er'a de "% anos! o tr9tio ue o reator 'onsu+ir1 ser1 in etado e terna+ente! retirado da 1 ua )esada! )or u+ )ro'esso no reator de *iss&o de utrons :n;! os uais trans)orta+ C0Y da ener ia )roduzida! ser&o absorvidos nu+a 'a+ada *(rtil :\blan et\; ue envolve o n 'leo do reator e ue 'ont(+ L9tio :Li;! e ual se trans*or+a e+ r9tio e =(lioB

6

Li J n ---Q =e J J .C6 HeI7Li J n ---Q =e J J n - 2.% HeI

4 l9tio natural :D2.% Y de7Li e 7.%Y de6Li; ( u+ ele+ento abundante na 'rostaterrestre :30 /+3; e e+ 'on'entra, es +ais *ra'as nos o'eanos.

4s 5blan ets ini'ial+ente ser&o *eitos de u+ rande )eda,o de a,o ino id1vel3"6L na )arte +ais e terna! leve+ente 'urvado! sendo arre*e'ido )or tubula, es de 1 ua.Se uindo e+ dire,&o ao 'entro do vaso de v1'uo! u+a 'a+ada de 'obre-alu+9nio )aratro'a de 'alor e a 'a+ada +ais )erto do )las+a sendo u+a li a de ber9lio 'o+ %++ dees)essura.

A 'a+ada *(rtil dever1 ser su*i'iente+ente es)essa :'er'a de " +; )ara retardar osn>utrons de *us&o :" HeI;. Na se V>n'ia da desa'elera,&o dos n>utrons! esta 'a+ada (a ue'ida e u+ *luido ue a9 'ir'ula! trans*ere o 'alor )ara *ora da zona do reator )ara )roduzir va)or e *inal+ente eletri'idade )or )ro'essos 'onven'ionais! 'on*or+e *i ura 0%.

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3igura 0*: ecção do aso de ácuo< !ostrando detal"es co!o os =Blan ets>( ret ngulosna parede+ e portas de acesso ao interior da c !ara#

] ne'ess1ria in e,&o de 'o+bust9vel *res'o )ara ue a rea,&o de 'o+bust&o n&o )are.

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3igura 0?: 'o n@cleo do reator as reaçAes de fusão ocorre! a !ais de 100 !il"Aes de

graus# Célio< confinado< aquece o co!bust8 el no o< sendo e! seguida arrefecido ee6tra8do da c !ara; os nDutrons atra essa! a parede e interatua! co! o l8tio contido nacobertura do reator (blan ets+< regenerando o tr8tio que é assi! produEido in-situ# F!

fluido transportador de calor circula na ca!ada fértil (blan et+ e le a o calor para produEir eletricidade#

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3igura 0 : Pode notar-se u! operário no canto inferior direito da foto< para ter idéia dota!an"o da peça#

A )e,a +ostrada na *i ura 0%! ue 'o+) e u+a 5)e uena se,&o da '8+ara dev1'uo! te+ "% +etros de altura e 2 +etros de lar ura. A toler8n'ia )ara a sua *abri'a,&o (de J-3++. Lendo no site do )ro eto! a'$a+-se )e,as bastante randes e+ ue a toler8n'iade *abri'a,&o dos 'o+)onentes '$e a a ser de J-0!2%++.

A 'onstru,&o de todo o e ui)a+ento est1 se dando e+ e+)resas 'o+ 'a)a'idade de*abri'a,&o de randes )e,as! 'o+o os$iba! Ansaldo! =ita'$i! Moein ! entre outras.

No interior da '8+ara de v1'uo ser&o 'olo'ados blo'os de u+a li a de ber9lio e+toda a )arede )ara testes ini'iaisT a) s esses ser&o substitu9dos )or blo'os 'o+ L9tio ue vai

erar o tr9tio )ara a rea,&o se autosustentar. A rea,&o ue o'orre na )arede da '8+ara dev1'uo ( des'rita no ite+ 5

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3igura 0H: %áquina constru8da para a colocação dos blocos da parede interna da c !arade ácuo#

Estimativas para uma usina de fusão nuclear similar ao ITER

Pot>n'ia no+inal de *us&oB 3200HWPot>n'ia )ara sustenta,&o da )lantaB 200HWPot>n'ia eradaB' *+

*i'i>n'ia das turbinasB 3%Y*i'i>n'ia da )lantaB " Y

Iida da )lantaB 2% anose+)o de 'onstru,&oB C anos

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es*(ri'o! ue abran e al u+as di*eren,as na sua 'onstru,&o ue viria+ a *a'ilitar a sua*abri'a,&o! in'luindo a ui a di+inui,&o do seu alto 'usto )ara sua 'onstru,&o.

A )rin'i)al di*eren,a ( a 'on*i ura,&o de bai a raz&o de as)e'to! ue re uer u+ )ro eto 'uidadoso das bobinas toroidal e )oloidais! da '8+ara de v1'uo! da estrutura+e'8ni'a e das )e,as ue de*ronta+ o )las+a! ue deve+-se ada)tar ao volu+e 'entral

li+itado do tor ide.A raz&o de as)e'to ( a raz&o entre o +aior raio )elo +enor raio de )las+a :raz&o deas)e'to 5 / )a ;

No Mrasil! o reator 'o+o o da *i ura 06! est1 lo'alizado no Laborat rio Asso'iadode Plas+a do Knstituto Na'ional de Pes uisas s)a'iais. 4s )rin'i)ais )ar8+etros do : )eri+ento o a+a s*(ri'o; s&oB raio +aior / 0

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internas de u+ 'ilindro +et1li'o o'o ue 'ont(+ o alvo da *us&o. 4utros 'on'eitos dei+)ulsores iner'iais 'o+)reende+ a'eleradores de 9ons leves ou )esados. Grandesinstala, es a laser est&o atual+ente se a)ro i+ando das 'ondi, es de i ni,&o )or 'on*ina+ento iner'ial! 'on*or+e 2Q.

/enef&cios para a comunidadeni'os! entre in +eros outros.

/i%liografia

"Q $tt)B//XXX.u*s+.br/ e*/FN*unu.$t+a'essado dia 2 e 3 de ul$o de 200%2Q $tt)B//XXX.)las+a.in)e.br/LAP_Portal/LAP_Sitio/ e to/ o a+a s.$t+

a'essado do dia 2 a "0 de ul$o de 200%3Q $tt)B//XXX.iter.or /

a'essado dia 2 e 3 de ul$o de 200%Q $tt)B//XXX.i*.u*r .br/tea'$in /*usao/'a)".$t+l

a'essado dia 2 e 3 de ul$o de 200%%Q

Figuras e gráficos.

Fi ura 0"BFi ura 02B Site do )ro eto K R :$tt)B//XXX.iter.or ;Fi ura 03B Site do )ro eto K R :$tt)B//XXX.iter.or ;Fi ura 0 B Site do )ro eto K R :$tt)B//XXX.iter.or ;Fi ura 0%BFi ura 06B Site do )ro eto K R :$tt)B//XXX.iter.or ;Fi ura 07B Site do )ro eto K R :$tt)B//XXX.iter.or ;Fi ura 0CB