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INVESTIGAÇÃO INVESTIGAÇÃO EM FUSÃOEM FUSÃO
Uma Opção EnerUma Opção Energética gética para o Futurpara o Futuro da Euro da Europaopa
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COMISSÃO EUROPEIA
Direcção-Geral para a Investigação
Direcção J – Energia
Unidade J6 - Acordos de Associação na área da Fusão
Contacto: Hugues Desmedt
European Commission
Office MO75 00/31
B – 1049 Brussels
Tel. (32-2) 29-98987
Fax (32-2) 29-64252
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A nossa revista RDT info mantém-no(a) ao corrente dos principais progres-sos (resultados, programas, manifestações, etc.) neste domínio. A RDT infoencontra-se disponível, a título gratuito, em alemão, inglês e francês, poden-do ser solicitada, mediante simples pedido, para:
Comissão Europeia
Direcção-Geral "Investigação"
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Internet: http://europa.eu.int/comm/research/rtdinfo.html
COMISSÃO EUROPEIA
INVESTIGAÇÃO EMINVESTIGAÇÃO EMFUSÃOFUSÃO
Uma Opção EnergéticaUma Opção Energéticapara o Futuro da Europapara o Futuro da Europa
Directorate-General for ResearchFusion energy research2004
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NOTA LEGAL
Nem a Comissão Europeia, nem qualquer pessoa actuando em nome da Comissão, éresponsável pelo uso que possa ser feito da informação seguinte.
Os pontos de vista expressos nesta publicação são da inteira responsabilidade doautor e não implicam a responsabilidade da Comissão Europeia.
Encontram-se disponíveis numerosas outras informações sobre a União Europeia narede Internet, via servidor Europa (http://europa.eu.int)
Uma ficha bibliográfica figura no fim desta publicação
Luxemburgo: Serviço das Publicações Oficiais das Comunidades Europeias, 2004
ISBN 92-894-7718-0
© Comunidades Europeias, 2004
Reprodução autorizada mediante indicação da fonte
Impresso em Bélgica
IMPRESSO EM PAPEL BRANQUEADO SEM CLORO
Europe Direct é um serviço que o/a ajuda a encontrarrespostas às suas perguntas sobre a União Europeia
Número verde único:
00 800 6 7 8 9 10 11
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CONTEÚDOCONTEÚDO
INTRODUÇÃO À FUSÃOA necessidade de uma energia segura e sustentável 9A fonte de energia das estrelas 10Produção de energia através de reacções de fusão 11Confinamento do plasma 12Aspectos de segurança da fusão 13Impacto reduzido no ambiente 15PROGRAMA EUROPEU DE FUSÃOEstratégia europeia para o desenvolvimento da fusão 16Programa europeu, integrado, de investigação em fusão 18COMO FUNCIONA A FUSÃOFusão por confinamento magnético 20Componentes principais de um tokamak 22Aquecendo o plasma 24Diagnóstico e modelização de um plasma 25PROGRESSO NA INVESTIGAÇÃO EM FUSÃOAvanços recentes na fusão magnética 26Geração de potência de fusão 27ITER, o caminho para a energia de fusão 28Actividades tecnológicas de longo-prazo 30Educação, treino e actividades de extensão na Europa 32Spin-offs da investigação e desenvolvimento em fusão para outras áreas de alta tecnologia 34Referências 35Sobre o filme “Os fabricantes de estrelas” 38DVD 39
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AA necessidade de uma energia segura enecessidade de uma energia segura esustentávelsustentável
A economia da União Europeia (UE) depende do fornecimentoseguro e suficiente de energia. Hoje esta necessidade é principal-mente satisfeita por combustíveis fósseis (petróleo, carvão e gásnatural), os quais representam 80% do consumo total de energia.Quase 67% dos combustíveis fósseis que nós usamos são impor-tados. No seu conjunto, os combustíveis fósseis importadosfornecem actualmente cerca de 50% das necessidades energéti-cas da UE, sendo provável que este valor cresça, por volta de2030, para cerca de 70%, com uma contribuição fortementemaioritária do petróleo importado.
Fontes de energia, seguras e sustentáveis, são necessárias paramanter a nossa qualidade de vida. Investigadores europeus estãoa desenvolver um conjunto de tecnologias energéticas, aceitáveispelo ambiente, seguras e sustentáveis. A fusão é uma destas tec-nologias. Num futuro longínquo, a fusão proporcionará uma opçãopara uma fonte de energia global que tem um impacto reduzido noambiente, é segura e com reservas de combustíveis vastas e bemdistribuídas na Terra.
Esta brochura descreve o trabalho que tem sido realizado por inves-tigadores europeus para tornarem a energia de fusão disponívelpara benefício da sociedade.
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AA fonte de energia das estrelasfonte de energia das estrelas
A fusão é o processo que alimenta o Sol e as outras estrelas. Osnúcleos de dois átomos de pequena massa libertam energia aofundirem-se. A pressão gravitacional, muito elevada no centro doSol, permite que este fenómeno ocorra a temperaturas de cerca de10 milhões de graus centígrados.
Às pressões muito mais baixas que nós podemos criar na Terra (10biliões de vezes menores que no Sol), são necessárias temperaturassuperiores a 100 milhões de graus centígrados para a produção detaxas interessantes de energia de fusão.
Um gás a estas temperaturas torna-se um plasma, um meio onde oselectrões estão completamente separados dos iões. O plasma é oquarto estado da matéria, com as suas propriedades e especiais. Oestudo destas propriedades é o foco da investigação em Física dePlasmas. Embora o estado de plasma seja invulgar na Terra, maisde 99% do universo é constituído por plasma.
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Produção de energia através deProdução de energia através dereacções de fusãoreacções de fusão
A primeira geração de reactores de fusão está baseada nas reacçõesentre deutério (D) e trítio (T), dois isótopos do hidrogénio, dado que asoutras reacções de fusão requerem temperaturas ainda mais ele-vadas. Cada reacção produz uma partícula-alfa (isto é, hélio) e umneutrão com uma energia elevada, a qual pode ser usada para aque-cer o vapor necessário para gerar electricidade numa central de ener-gia eléctrica, de potência elevada, adiante designada por central depotência de fusão. Para alimentar durante um ano uma cidade comuma população de cerca de um milhão de habitantes com electrici-dade produzida numa central de fusão será necessário apenas umcarregamento pequeno de combustível.
O deutério é um isótopo não radioactivo que ocorre naturalmente naTerra e que pode ser extraído da água (em média 35 gramas de ummetro cúbico de água). O trítio não existe na natureza, pelo que seráproduzido no interior do reactor a partir de lítio (um metal leve e abun-dante no nosso planeta). Quando um neutrão de energia elevada, pro-duzido numa reacção de fusão, atinge um átomo de lítio produz-se trí-tio e gera-se energia adicional. O trítio é reciclado e reintroduzido noreactor como combustível para alimentar as reacções de fusão.
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Confinamento do plasmaConfinamento do plasma
Para atingir temperaturas de 100 milhões de graus centígrados énecessário um aquecimento potente do plasma e as perdas térmicasdevem ser minimizadas, mantendo o plasma quente longe das paredesdo seu recipiente. Esta situação é obtida colocando o plasma numa“gaiola” toroidal, criada por campos magnéticos intensos, os quais evi-tam que as partículas do plasma carregadas electricamente (electrõese iões) escapem para o exterior (os neutrões não são confinadosporque não têm carga eléctrica). Este processo é designado por fusãopor confinamento magnético toroidal. Esta é a tecnologia mais avança-da e que constitui a base do Programa Europeu de Fusão.
Um processo diferente é usado na chamada fusão por confinamentoinercial. Aqui, lasers ou feixes de iões de potências ultra-elevadascomprimem e aquecem pastilhas muito pequenas de D e T até queocorram reacções de fusão a cerca de 10000 vezes a densidade dossólidos. O programa europeu de fusão mantém uma observaçãosumária deste campo de actividade.
Fusão por confinamento magnético
Fusão por confinamento inercial
Lente óptica
Implosão do alvo
Feixe laser
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Aspectos de segurança da fusãoAspectos de segurança da fusão
Um reactor de fusão é como um queimador de gás: o combustível queé injectado no sistema é queimado. Há uma quantidade muito peque-na de combustível na câmara do reactor em cada instante (cerca de 1grama de D-T num volume de 1000 m3) e, se o fornecimento de com-bustível for interrompido, as reacções de fusão terminam em poucossegundos. Qualquer mau funcionamento do aparelho causa o arrefeci-mento do plasma e a paragem das reacções.
Os combustíveis básicos da fusão, deutério e lítio, bem como o produ-to das reacções, hélio, são elementos não-radioactivos. O combustívelintermédio radioactivo, trítio, é produzido à medida que é necessáriopara manter as reacções de fusão no interior da câmara do reactor.Por isso, numa central de potência de fusão não é necessário o trans-porte regular de um combustível radioactivo.
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Um reactor de fusão pode ser pro-jectado de modo a que o cenáriomais desfavorável de um acidentena instalação não requeira a evacuação da população da regiãopróxima do reactor.
O trítio decai bastante rapidamente(tem uma vida-média de 12.6 anos) eo seu decaimento produz um electrão(radiação beta) de energia muitobaixa. No ar, este electrão podemover-se apenas alguns milímetros enem sequer pode penetrar numa folhade papel. Não obstante, o trítio é prejudicial se entrar no corpo humano,e por isso as centrais de potência defusão são projectadas com procedi-mentos adequados de segurança parao manuseamento do trítio.
Aspectos de segurança da fusãoAspectos de segurança da fusão
JET: experiência europeia da configuração tokamak (Culham, Reino Unido)
Dispositivo experimental de manuseamento de trítio
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Impacto reduzido no ambiente.Impacto reduzido no ambiente.
As centrais de potência de fusão serão diferentes das actuais princi-palmente no núcleo do reactor. A energia gerada por reacções defusão será usada da mesma forma, isto é, para a produção de elect-ricidade e como calor para uso industrial.
O consumo de combustível de uma central de potência de fusãoserá extremamente baixo. Uma central eléctrica de 1 GW necessi-tará de 100 kg de deutério e de 10 toneladas de lítio natural para tra-balhar o ano inteiro, gerando 7 biliões de kWh. Uma central decarvão necessitaria de cerca de 1.5 milhões de toneladas de com-bustível para gerar a mesma energia eléctrica!
Os reactores de fusão não produzem os gases de efeito de estufa eoutros poluentes que podem prejudicar o ambiente e/ou causar alter-ações climáticas.
Os neutrões gerados pelas reacções de fusão activam os materiais àvolta do plasma. Uma escolha criteriosa dos materiais usados nestescomponentes permitirá que eles possam ser aprovados no controloregulatório ou reciclados 100 anos após o fim da sua utilização noreactor. Por estas razões, o lixo de uma central de fusão não seráum encargo para as gerações futuras.
As centrais de potência de fusão serão particularmente adequadaspara a geração de energia básica para servir as necessidades deáreas densamente populadas e de zonas industriais. Elas podemtambém produzir hidrogénio para uma “economia de hidrogénio”.
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Estratégia europeia para o Estratégia europeia para o desenvolvimento da fusãodesenvolvimento da fusão
O objectivo de longo-prazo da investigação e desenvolvimento (I&D)em fusão nos Estados Membros da União Europeia (e nos Paísesassociados ao Programa Quadro da EURATOM) é “a criação conjun-ta de protótipos de reactores para centrais de potência que possamsatisfazer as necessidades da sociedade: segurança operacional,compatibilidade ambiental e viabilidade económica”.
A estratégia para atingir este objectivo de longo-prazo inclui o desen-volvimento de um reactor experimental (“Next Step”), no âmbito dacolaboração internacional “ITER”, seguido por um reactor de demon-stração (“DEMO”), o qual será capaz de gerar pela primeira vezquantidades significativas de electricidade e será auto-suficiente naprodução de trítio. A construção do ITER, e depois do DEMO,requererá um envolvimento significativo da indústria europeia e seráacompanhada por actividades complementares de I&D em física eem tecnologia nos laboratórios de fusão e nas universidades.
A participação (com parceiros internacionais) no projecto da máquinaITER tem sido, nos últimos anos, um elemento importante do progra-ma europeu de investigação em fusão. A configuração básica desteprojecto segue a da máquina europeia JET (“Joint European Torus”,localizado em Culham, no Reino Unido), o qual conseguiu em 1997os melhores resultados mundiais de potência de fusão, com umrecorde de 16 MW. A extrapolação para o ITER é realizada atravésde modelização extensiva, usando as bases de dados criadas a par-tir de resultados obtidos em dispositivos experimentais de fusão,europeus e internacionais.
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O Programa Europeu de Fusãorealiza trabalho, em paralelo aodo ITER, para o DEMO nosassuntos de I&D que têm tem-pos longos de maturação. Umobjectivo importante é o desen-volvimento de materiais estrutu-rais avançados (em particularcom activação baixa) os quaissão optimizados para ascondições de funcionamento deum reactor de fusão.
A colaboração ITER é realiza-da sob os auspícios da“International Atomic EnergyAgency” (IAEA, Viena). Oprincipal objectivo estratégicodo ITER é demonstrar a exe-quibilidade científica e tec-nológica da energia de fusãopara fins pacíficos.
A qualificação e validação destesmateriais necessita de um dis-positivo de teste específico,como por exemplo a IFMIF(“International Fusion MaterialsIrradiation Facility”), para o qual foirealizado um estudo conceptual.
Projecto conceptual da IFMIF
Visão artística do local europeu para o ITERem Cadarache - França
Módulos de testeno interior dacélula de testes
Laboratório de Análises
Ião
Fontes de RF
Transporte de feixede energia elevada
Alvo de Li
Laço de Li
Esquema do ITER
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O Programa europeu, integrado, O Programa europeu, integrado, de investigação em fusãode investigação em fusão
Baseado no Tratado EURATOM, a actividade de investigação e desenvolvimento em fusão na Europa
é coordenada pela Comissão Europeia e implementada através:
• De Contratos de Associação com instituições ou organizações de investigação dos Estados
Membros e dos Países associados ao Programa-Quadro da EURATOM (as Associações EURATOM
estão representadas no mapa através de pontos vermelhos);
• Do “European Fusion Development Agreement” (EFDA), o qual proporciona o quadro-legal para:
- As actividades de tecnologia de fusão realizadas pelas Associações e pela indústria;
- O uso colectivo dos equipamentos do JET;
- A contribuição da Europa para as
colaborações internacionais, tais como o ITER;
• Contratos de duração limitada com instituições
de Países que não possuem uma Associação
em Fusão;
• Um acordo para a promoção de
mobilidade de investigadores e bolsas
da EURATOM.
No “6° Programa-Quadro” (2002 a 2006) a
investigação em energia de fusão é uma Área Temática
Prioritária, com um orçamento comunitário de 750 milhões
de Euros (dos quais até 200 milhões podem ser usados no
início da construção do ITER).
Por detrás do sucesso da investigação
europeia em fusão permanece o trabalho
de cerca de 2000 físicos e engenheiros
nos laboratórios associados e na indústria.
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a Um aspecto-chave do Programa Europeu de Fusão é
a sua coordenação central, a qual proporciona um
uso intensivo de todos os recursos relevantes de I&D
em colaborações inter-europeias em todos os tópicos
principais de investigação, na exploração científica do
JET e no programa tecnológico do EFDA, o qual é
fortemente orientado para o ITER, mas inclui também
trabalho na perspectiva do DEMO.
Este programa de fusão, único e coordenado, com
grandes e pequenos laboratórios orientados para um
objectivo programático comum, é um exemplo de
uma Área de Investigação Europeia e conduziu a
Europa para a vanguarda da investigação interna-
cional em fusão por confinamento magnético.
Empreendimentos realizados nos laboratórios associa-
dos ao Programa Europeu de Fusão permitiram a
construção do JET e o progresso na direcção do
ITER, os quais nenhum dos Estados Membros ou dos
Países Associados poderia ter conseguido sozinho.
Para além da colaboração internacional principal no
âmbito do ITER, foram assinados outros Acordos de
Implementação no contexto da “International Energy
Agency” (IEA, Paris), os quais servem como quadro-
legal para colaborações com Parceiros não-europeus,
associando as melhores competências mundiais em
assuntos específicos de interesse comum. O mesmo
objectivo é também procurado com alguns acordos
bilaterais e multilaterais que enquadram colaborações
entre Laboratórios europeus e não-europeus.
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Fusão por confinamento magnéticoFusão por confinamento magnético
Plasma semcampo magnético
Plasma com campo magnético
A fusão por confinamento magnético usa campos magnéticos intensos paraconfinar o plasma contido numa câmara de vácuo, a qual isola o plasma doar. Numa situação ideal, os iões e os electrões que constituem o plasmanão podem cruzar as linhas de força do campo magnético.
Contudo, estas partículas carregadas podem mover-selivremente ao longo das linhas do campo magnético.Encurvando as linhas de força do campo magnético deforma a criar um anel fechado, as partículas carregadasdo plasma estão, em princípio, confinadas. As partículas ea sua energia estão mantida no plasma bem isoladas daparede da câmara, mantendo portanto a temperaturaelevada. Contudo, num sistema magnético toroidal realhá perdas de energia devido a vários processos, taiscomo a radiação e colisões entre partículas que originamque algums electrões e iões possam escapar do plasma,ao longo do tempo, atravessando as linhas de força docampo magnético.
Os campos magnéticos são gerados por correntes eléctri-cas elevadas que percorrem bobinas localizadas fora dacâmara do reactor. Frequentemente, correntes geradasno próprio plasma contribuem também para a criação daconfiguração magnética.
Coil Coil
21
Como um transformador não pode gerar continuamente uma corrente de intensidadeconstante, a corrente de plasma tem de ser mantida por outros processos, de modoa permitir a operação do tokamak em regime estacionário.
O tipo de máquina designado por “stel-larator” usa o mesmo princípio de confina-mento magnético, mas não necessita deuma corrente a fluir no plasma, devido àutilização de bobinas externas de formascomplexas. Por isso, os stellarators têmum potencial inerente para a operaçãoem regime contínuo.
Esquema de um stellarator
Esquema de um tokamak
Num tipo de máquina chamado“tokamak”, o plasma actua como oenrolamento secundário de umtransformador (o primário é umabobina externa) e a alteração da cor-rente que percorre o primário induzuma corrente eléctrica no própriomeio ionizado. Ao mesmo tempoque gera um campo magnético quedesempenha um papel importanteno confinamento do plasma, estacorrente proporciona algum aqueci-mento deste meio ionizado, devido àresistência eléctrica do plasma.
Bobinas do campo poloidal
Bobinas docampo toroidalPlasma
Linha de força docampo magnético
Corrente de plasma
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Solenóide centralO circuito primário do transfor-mador. O plasma constitui o cir-cuito secundário.
Bobinas do campotoroidal e bobinas docampo poloidalEstas componentes geram oscampos magnéticos intensos(geralmente, cerca de 5 Tesla,uma intensidade aproximada-mente igual a 100000 vezes aintensidade do campo magnéticoterrestre) que confinam o plas-ma, impedindo-o de tocar nasparedes da câmara de vácuo.
DiversorEsta componente remove asimpurezas e o hélio da câmarade vácuo e é a única área ondeo plasma é deliberadamenteautorizado a tocar nas paredesdo seu recipiente.
Componentes principais de Componentes principais de um tokamakum tokamak
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Câmara de vácuoEsta componente é a região princi-pal de contenção do plasma.
CriostatoEsta componente envolve as bobi-nas e a câmara de vácuo e estáarrefecida a cerca de -200 grauscentígrados para manter as bobi-nas supercondutoras à sua tem-peratura de operação de -269 graus centígrados.
Módulo de camada fértil(“blanket”)O lítio está contido nos módulosda camada fértil. Quando os neu-trões reagem com o lítio, pro-duzem trítio que é reintroduzidono plasma. A energia dos neu-trões é também removida para ocircuito de água quente e produzo vapor que vai mover as turbinasdos geradores eléctricos.
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Aquecendo o plasmaAquecendo o plasma
Sistema de Feixe de PartículasNeutras do JET
Antena de Rádio-Frequência doTore Supra (CEA,Cadarache –França)
A corrente que flui no plasma de um tokamak contribui para o seuaquecimento. À medida que a temperatura do plasma aumenta, oaquecimento resistivo torna-se menos efectivo e conduz o plasmaaté temperaturas de apenas alguns milhões de graus, isto é, atécerca de 10 vezes menos temperatura do que a necessária para queocorram um grande número de reacções de fusão. Para aumentarmais a temperatura do plasma é necessário aquecimento suplemen-tar fornecido por fontes exteriores ao plasma.
Feixes de partículas neutras energéticas são injectados no plasma,penetram nele e transferem a sua energia cinética para o meioatravés de colisões com as partículas do plasma.
O aquecimento de radio-frequência usa ondas electro-magnéticas de alta-potência e de várias frequências,as quais transferem a sua energia para o plasmaatravés da absorção nas ressonâncias do sistema.
Corrente
Átomos ionizados ecapturado
Átomos de hidrogénioenergéticos
Neutralizador
AQUECIMENTO RESISTIVO
Fonte de iões de hidrogénio
Guia-de-ondas
BobinaAQUECIMENTODE RÁDIO-FREQUÊNCIA
AQUECIMENTOPOR INJECÇÃO
DE PARTÍCULASNEUTRAS
Estão a ser desenvolvi-dos três sistemas: aque-cimento na ressonânciaciclotrónica iónica (20 a55 MHz), aquecimentona ressonânciaciclotrónica electrónica(100 a 200 GHz) eaquecimento na ressonância híbridainferior (1 a 8 GHz).
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Diagnósticos e modelização de plasmas Diagnósticos e modelização de plasmas
Esquema dos diagnósticos do ITER
O projecto de um reactor de fusão requer a compreensão dosprocessos que ocorrem no plasma. Para isso são necessários sis-temas de medida complexos e sofisticados, os quais são designadospor diagnósticos.
Os diagnósticos estão sendo desenvolvidos nos laboratórioseuropeus para monitorizar todos os aspectos dos dispositivos experi-mentais, desde a temperatura no centro do plasma, usando lasersmuito potentes, às quantidades de impurezas no plasma e aos locaisonde elas são originadas.
Os dados obtidos com estes diagnósticos são usados no desenvolvi-mento de novos códigos numéricos, que serão enfim capazes deprever o desempenho das máquinas experimentais e garantir que osseus projectos estão completamente optimizados.
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AA v a n ç o s r e c e n t e s e m f u s ã o v a n ç o s r e c e n t e s e m f u s ã o m a g n é t i c am a g n é t i c a
Potências de fusão conseguidas
Po
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fuão
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W)
Edifício do IPP em Greifswald (Wendelstein 7X - Alemanha)
O tokamak europeu JET (“JointEuropean Torus”), localizadoem Culham (no Reino Unido),é a maior máquina mundial deinvestigação em fusão e aúnica que pode trabalhar commisturas de deutério e trítio. OJET atingiu, e excedeu, todosos seus objectivos iniciais edetem o recorde mundial degeração de potência de fusão:16 MW obtidos em 1997.
Tempo(s)
Também têm sido realizados estudos numa variante esférica ecompacta do tokamak e num “reversed field pinch”. O maior dis-positivo experimental actualmente em construção na Europa é ostellarator W7-X, em Greifswald (na Alemanha).
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Geração de potência de fusãoGeração de potência de fusão
Esquema de um futuro reactor de fusão
Progresso da investigação mundial em fusão
Os núcleos de hélio de energia elevada (partícu-las alfa), gerados nas reacções de fusão D-T, coli-dem com outras partículas e aquecem o plasma.Os neutrões criados nas reacções de fusãoescapam-se do plasma e são desenergizadosnuma camada fértil (“blanket”) de lítio localizada àvolta do plasma. O lítio é transformado em trítiodentro desta camada e o calor gerado pelos neu-trões pode ser usado para produzir o vapor quefaz mover as turbinas que geram electricidade.Quando todas as perdas de energia do plasmasão compensadas pelo aquecimento por partícu-las-alfa e não é necessária a injecção de potênciaexterior, o plasma atingiu a condição de queimaauto-sustentável (ignição,“ignition”) e o reactorrequer apenas a injecção de combustível paramanter a sua operação.
A figura de mérito Q (factor de amplificação depotência) é usada para definir o ganho depotência de uma máquina de fusão:
O JET gerou 16 MW de potência de fusão,com Q=0.65. A próxima máquina, ITER, deveatingir Q=10, enquanto os futuros reactores defusão devem ter valores de Q até 40 ou 50.
Potência gerada por reacções de fusãoQ =
Potência de aquecimento injectada
Magneto supercondutor
D+T
Plasma
Camada fértil (contendo lítio)
Estrutura deblindagem
Permutadorde calor
Câmara devácuo
Hélio
Trítio e hélio
Trítio
Combustíveldeutério
T+4He
Potênciaeléctrica
Caldeira de vaporGerador e turbina
Ignição
Condições de funciona-mento de um reactor
Regiãoinacessível
Experiências com D e T
Limite
de “
brem
sstra
lhung
”
Tempo(s)
TFTR
28
ITER, o caminho para a energiaITER, o caminho para a energiade fusãode fusão
Teste com fluxo de calor elevado das placas da armadura protectora
Girotrão: uma fonte de micro-ondas de alta frequência
ITER é o próximo grande acontecimento no desenvolvimento de umreactor de fusão nuclear.
O Projecto ITER é baseado numa colaboração internacional. Físicosde Plasmas e Engenheiros de Fusão de Países de vários conti-nentes têm realizado o projecto desde 1992 e estão agora apreparar o processo da sua implementação.
O objectivo programático principal do ITER é demonstrar a exequibil-idade científica e tecnológica da energia de fusão para fins pacífico.O ITER atingirá este objectivo através da demonstração da queimacontrolada de plasmas de deutério e trítio, com a operação emregime estacionário como objectivo final, demonstrando o uso numsistema integrado das tecnologias necessárias para um reactor.
O ITER será capaz de gerar 400 MW de potência de fusão durante6 minutos, tempo que poderá ser mais tarde extendido até aoregime estacionário.
O custo de investimento da construção doITER será de cerca de 4.6 biliões de Euros (apreços de 2000). Logo que o acordo sejaatingido entre os parceiros internacionais, aconstrução do ITER demorará 8 a 10 anos e amáquina será operada durante cerca de 20anos. O ITER está baseado nos resultadoscientíficos obtidos em muitas máquinas disper-sas por todo o mundo, com contribuiçõesespecíficas e importantes do JET.
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Plataforma de teste do sistema de manuseamento remoto do diversor do ITER
Protótipo, à escalareal, do diversordo ITER
Modelo, à escala real, do alvo vertical dodiversor, testado na FramatomeTeste com fluxo de calor elevado das
placas da armadura protectora
Dispositivo de teste dacamada fértil
Teste do modelo da bobinado campo toroidal Girotrão de 1 MW
Soldadura laser de altapotência (11 kW) para sectores da câmara devácuo
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Actividades tecnológicas de longo-prazoActividades tecnológicas de longo-prazo
ara além do trabalho no ITER, há muita investigação e desenvolvi-mento em tecnologia de fusão a ser realizada para o DEMO. Osestudos europeus de camadas férteis estão concentrados no uso delítio-chumbo arrefecido a hélio e de pastilhas de cerâmica, alimenta-doras, arrefecidas a hélio. Esta investigação é crítica para o desen-volvimento do ciclo de trítio de um reactor de fusão.
O desenvolvimento europeu de materiais estruturais está concentra-do em ferrites e aço martensítico (EUROFER) de actividade reduzidae, olhando para o futuro, em carboneto de sílica.
As questões de segurança e ambiente são também tratadas no pro-grama europeu de fusão. As actividades nestas áreas estão princi-palmente focadas no aperfeiçoamento de conceitos e na minimiza-ção dos materiais activados.
Finalmente, os estudos sócio-económicos analisam aspectoseconómicos e cenários de longo-prazo da energia de fusão.
Rad
ioto
xici
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(uni
dade
rel
ativ
a de
inal
ação
)
Cinzas do carvão
Materiais da fusão
Armazenamento (anos)
Sub-sistemas de He
He Pb-17Li
Estrutura de refrigeração
Camadas reforçadas incrus-tadas na primeira parede
Pol.Rad.
Tor.
Primeira paredee grelhas de
Conceito para a camada fértil de teste
Cálculo do decaimentode radiotoxicidade dediferentes modelos deuma central de potênciade fusão comparadoscom a radiotoxicidadedas cinzas de carvão.
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Bomba de trítio
Pastilhas de berílio
O reactor de investigação KFKI - Húngria
Testes de corrosão do metal líquido
Amostras de material EUROFER
Propriedades do material EUROFER
Perfil do feixe deirradiação daIFMIF
strutura de refrigeração
Blindagem quente
Blindagem fria
He
Inserções de com-pósitos de carbone-to de sílica
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Educação, treino e actividades deEducação, treino e actividades deextensão na Europa extensão na Europa
Expo Fusão em Santander – Espanha (Dezembro de 2003)
Uma exposição itenerante foi criada e exibida em muitas cidades europeiaspara informação do público e, em particular, dos estudantes sobre as activi-dades europeias de investigação em energia de fusão.
A educação e o treino de jovens investigadores é uma parte importante dos progra-mas de trabalho das Associações. Muitos profissionais das Associações têm respon-sabilidades de ensino em instituições académicas, principalmente universidades, eaproximadamente 200 a 250 estudantes de graduação e pós-graduação fazem asua investigação nos laboratórios das Associações. Algumas Associações organi-zam cursos de graduação e escolas de Verão em fusão e física dos plasmas paraestudantes de graduação e recém-licenciados.
As principais escolas de Verão organizadas pelas Associações são:- Escola de Verão Europeia Carolus Magnus /Consórcio TEC de Associações);- Escola de Verão de Culham (Associação EURATOM/UKAEA);- Escola de Verão VOLOS (Associação EURATOM/Grécia);- Escola de Verão IPP CR (Associação EURATOM/República Checa).
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Fusion Road Show
Através do EFDA, o Programa Europeu de Fusão participa no EIROforum, umacolaboração entre sete organizações europeias, inter-governamentais, deinvestigação científica, que são responsáveis por infra-estruturas e laboratórios.Um objectivo principal do EIROforum é desempenhar um papel activo e con-strutivo na promoção da qualidade e do impacto da investigação europeia. Umobjectivo específico é coordenar as actividades de extensão das organizações,incluindo a transferência de tecnologia e a educação do público.
O “Espectáculo Itenerante sobre Fusão”(“Fusion Road Show”), desenvolvido pelaAssociação EURATOM/FOM, fornece um bomexemplo das actividades de extensão, comsucesso, realizadas pela comunidade de fusão.Este espectáculo consiste num conjunto deexperiências simples para explicar os princí-pios básicos da fusão, ligados em conjuntonuma representação de entertimento e acom-panhados por uma apresentação explanatória.
Os sete membros do EIROforumsão:
- CERNEuropean Organisation forNuclear Research,
- EFDA European Fusion Development Agreement,
- EMBL European Molecular Biology Laboratory,
- ESA European Space Agency, - ESO European Southern
Observatory, - ESRF European Synchrotron
Radiation Facility, - ILL Institut Laue-Langevin.
“FISICA NO PALCO” 3 - Professores em acção
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“Spin-offs” da investigação e desenvolvi“Spin-offs” da investigação e desenvolvi--mento em fusão para outras áreas de altamento em fusão para outras áreas de altatecnologiatecnologia
Motor espacial de iões
A indústria tem sido útil na ajuda à construção de dis-positivos experimentais e no desenvolvimento de tec-nologias necessárias para a I&D em fusão. A indústriatem beneficiado desta relação de cooperação atravésdo desenvolvimento de competências e de produtoscomerciais em várias áreas fora da fusão. Estes “spin-offs” incluem as técnicas de processamento a plasma,tratamento de superfícies, iluminação aperfeiçoada,écrans de plasmas, tecnologias de vácuo, electrónicade potência e metalúrgica.
A transferência de conhecimento dafusão também tem acontecidoatravés de investigadores destaárea que foram trabalhar para out-ras áreas tecnológicas, trazendocom eles a experiência que adquiri-ram na fusão. Esta espécie de fertil-ização cruzada e inter-disciplinari-dade é uma das forças mais impor-tantes que dirige o progresso cientí-fico e tecnológico da Europa.
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ReferênciasReferências
Leitura básica:
“Towards a European Strategy for the Security of Energy Supply, GreenPaper” Comissão Europeia, COM (2000)769http://europa.eu.int/comm/energy_transport/en/lpi_lv_enl.html
Páginas da Web relevantes:
http://europa.eu.int/comm/research/energy/fu/fu_en.htmlhttp://www.efda.orghttp://www.jet.efda.orghttp://www.iter.orghttp://www.fusion-eur.orghttp://www.eiroforum.org
Contactos para informação adicional:
C. Ibbott Prof. Carlos VarandasEuropean Commission Centro de Fusão NuclearDirectorate General RTD Instituto Superior Técnico J6 Fusion Association Agreements Association75 rue Montoyer B-1049 Brussels - Belgium 1049-001 Lisboa - Portugaltel.: +32 229 86721 - fax: +32 229 64252 [email protected]: [email protected]://europa.eu.int/comm/research/energy/fu/fu_en.html ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++F. CasciEFDA CSU Garching Boltzmannstr.,2 D-85748 Garching bei Muenchen - Germanytel: +49 89 3299 4237 - fax:+49 89 3299 4197e-mail: [email protected] - http://www.efda.org++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++M.T. Orlando Consorzio RFX - Management of Fusion EXPOCorso Stati Uniti, 4, I-35127 Padova - Italytel: +39 049 829 5990 - fax: +39 049 829 5051e-mail: [email protected] - http://www.igi.pd.cnr.it
Comissão Europeia
Investigação em Fusão: Uma Opção Energética para o Futuro da Europa
Luxemburgo: Serviço das Publicações Oficiais das Comunidades Europeias
2004 — 40 pp. — format A5, 14,8 X 21.0 cm
ISBN 92-894-7718-0
Price (excluding VAT) in Luxembourg: EUR 25
O filme “Os fabricantes de estrelas”, com a duração de 8 minutos, descreve oITER, uma grande máquina experimental que será construida numa ampla colabo-ração mundial, como a próxima etapa (“Next Step”) no caminho para a produçãode potência eléctrica a partir de reacções de fusão. Uma visita em realidade virtualdá à audiência uma apreciação visual deste projecto complexo. Na EXPO Fusão,e quando visto através de óculos passivos polarizados, este filme conduz aaudiência numa caminhada espectacular de realidade virtual tridimensional. A ver-são aqui distribuida é bidimensional e não necessita de óculos especiais.
O filme foi produzido pelo “Centre de Recherches en Physique des Plasmas” da“Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne”, Suiça, com apoio finaceiro daDirecção-Geral de Investigação da Comissão Europeia. O filme foi criado numeri-camente by “Digital Studios SA” (Paris), baseado em desenho assistido por com-putador da máquina ITER.
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Sobre "Os fabricantes de estrelas"Sobre "Os fabricantes de estrelas"
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I-60-04-256-PT-C
Na sua decisão sobre o “6º Programa-Quadro”, o Conselho de Ministros
da União Europeia disse: “A energia de fusão pode contribuir, na segun-
da metade do século, para a produção de electricidade em larga escala,
sem a emissão de gases poluentes. Os avanços realizados na investiga-
ção em energia de fusão justificam a persecução futura de um esforço
vigoroso na direcção do objectivo de longo-prazo: uma central de potên-
cia de fusão”.
Esta brochura descreve a investigação em energia de fusão e como ela é
coordenada e gerida na Europa. O dispositivo experimental da próxima
geração, o ITER, deverá abrir o caminho, na segunda metade do século
XXI, para a fusão fornecer uma contribuição significativa para a produção
mundial de energia.
A informação nesta brochura foi compilada das actividades de investiga-
ção e desenvolvimento no Programa Europeu de Fusão.
