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

Física da Poluição do Ar

Anderson Alves da Silva, Érick Murilo Villegas, Silvio Luiz Ventavele da Silva, William Kavassaki

A Fusão Nuclear é um processo físico que, ao contrário da Fissão Nuclear, promove a junção de dois núcleos junção de dois núcleos atômicos levesatômicos leves, obtendo como produto, a formação de um núcleo atômico pesadoformação de um núcleo atômico pesado;;

Os Reatores de Fusão Nuclear estão no topo das listas de tecnologias energéticastopo das listas de tecnologias energéticas definitivas para a humanidade, constituindo uma fonte de energia isenta fonte de energia isenta de carbono;de carbono;

Potencial de geração de 1 GigaWattgeração de 1 GigaWatt de eletricidade de apenas alguns alguns quilogramas de combustível por diaquilogramas de combustível por dia;;

INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO

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;

PROCESSOPROCESSO

Fusão Termonuclear:Fusão Termonuclear: Elevação da temperatura dos reagentes, promovendo-os ao estado de PLASMA ( Gás Ionizado);PLASMA ( Gás Ionizado);

O processo de Fusão Nuclear pode, dependendo da escolha dos reagentes:

Liberar Energia;Liberar Energia;

Consumir Energia;Consumir Energia;

Núcleos de elementos leves sofrem elementos leves sofrem fusão mais facilmentefusão mais facilmente do que elementos mais pesados, e liberam como produto, além de um núcleo mais pesado, uma grande quantidade de energia;

PROCESSOPROCESSO

Combustível da Fusão Nuclear:

Isótopos de Hidrogênio:Hidrogênio:

DEUTÉRIO E TRÍTIO –DEUTÉRIO E TRÍTIO – Elementos leves que quando interagem em fusão, possuem a menor Barreira possuem a menor Barreira Coulombiana, sendo 0,1 MeV;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;elevado a uma temperatura de 1 GK;

PROCESSOPROCESSO

Técnicas para atingir 1 GK:

Lasers de altíssima potência;Lasers de altíssima potência;

Correntes elétricas de 7 milhões de Correntes elétricas de 7 milhões de Àmperes;Àmperes;

Aquecimento base de Rádio Aquecimento base de Rádio Freqüência ou Microondas;Freqüência ou Microondas;

Fatores que contribuem para diminuição do patamar de temperatura:

A temperatura é uma média da A temperatura é uma média da Energia Cinética das partículas;Energia Cinética das partículas;

Tunelamento das partículas através Tunelamento das partículas através de um poço de potencial;de um poço de potencial;

PROCESSOPROCESSO

Reação de Fusão Nuclear:

PROCESSOPROCESSO

PROBLEMA: PROBLEMA: Devido aos reagentes serem elevados ao estado de plasma e sabendo que todos os materiais todos os materiais conhecidos vaporizam a uma temperatura conhecidos vaporizam a uma temperatura bem inferiores à necessáriabem 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;

EQUIPAMENTOSEQUIPAMENTOS


Confinamento Inercial x Magnético

Tokamak (Rússia,1951):

Fusão Termonuclear;Fusão Termonuclear;

Confinamento Magnético;Confinamento Magnético;


JET (Inglaterra,1983):

Atingiu estabilidade somente em Atingiu estabilidade somente em 1991;1991;


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;


Projeto ITER:

Iniciado em 1992;

Países colaboradores, inicialmente:

Término de desenho e engenharia em 1998;

Custo estimado de 6 bilhões de Custo estimado de 6 bilhões de doláres;doláres;

Custo considerado alto:Custo considerado alto:

Saída dos EUA do grupo dos Saída dos EUA do grupo dos países investidores e idealizadores;países investidores e idealizadores;


Projeto ITER - Revisão em 2000:

Custo estimado de 3 bilhões de Custo estimado de 3 bilhões de doláres;doláres;

Objetivos atuais:

Controlar a fusão dos isótopos de Controlar a fusão dos isótopos de Hidrogênio D-T em Hélio por um Hidrogênio D-T em Hélio por um tempo suficiente para gerar dez tempo suficiente para gerar dez vezes a energia que consome, fato vezes a energia que consome, fato este não atingido pelos outros este não atingido pelos outros Tokamaks desenvolvidos;Tokamaks desenvolvidos;

Testar meios de usar os nêutrons Testar meios de usar os nêutrons de alta velocidade criados pela de alta velocidade criados pela reação para gerar o isótopo de reação para gerar o isótopo de Hidrogênio Trítio;Hidrogênio Trítio;


Projeto ITER - Revisão em 2000:

Objetivos atuais:

Integrar a grande variedade de Integrar a grande variedade de tecnologias necessárias para uma tecnologias necessárias para uma usina de fusão comercial, buscando usina de fusão comercial, buscando estabelecer as bases experimentais estabelecer as bases experimentais para mostrar que o uso comercial é para mostrar que o uso comercial é possível;possível;

Local de Construção:

França;França;

Previsão de inauguração:

Ano de 2016;Ano de 2016;


Projeto ITER

Colaboradores Atuais:


Projeto ITER


Reação: D + T Reação: D + T 44He + n + 17,6 MeVHe + n + 17,6 MeV

Deutério - D:

Elemento não radioativo;Elemento não radioativo;

Abundante na natureza:Abundante na natureza:

01 Núcleo D a cada 3500 01 Núcleo D a cada 3500 moléculas de Hmoléculas de H22O;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 PRODUTOSREAGENTES E PRODUTOS


Nêutron - n:

Altamente energético;Altamente energético;

Carrega cerca de 80 % de Carrega cerca de 80 % de energia da reação (14 MeV);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:66Li + n → Li + n → 44He + T + 4,86 MeV – 92,5% do Li naturalHe + T + 4,86 MeV – 92,5% do Li natural

77Li + n → Li + n → 44He + T - 2,50 MeV – 7,5% do Li naturalHe + T - 2,50 MeV – 7,5% do Li natural



Hélio - 4He :

Deverá ser desacelerado e removido do reator;

Partículas Alfa: Quando a potência dissipadapotência dissipada por estas partículas for suficiente para manter a temperatura do plasmamanter a temperatura do plasma, a reação se torna auto-auto-sustentada (IGNIÇÃO);sustentada (IGNIÇÃO);

Mantida a temperatura e a densidade do plasma, não será não será necessário a utilização de necessário a utilização de acréscimos de energia exterior.acréscimos de energia exterior.


Atingido o ponto de IGNIÇÃO tem-se:

A energia liberada pelo reator será A energia liberada pelo reator será maior que a energia necessária para se maior que a energia necessária para se iniciar a reação de fusão;iniciar a reação de fusão;

Ganho – Q:

Quando Q > 1Q > 1, o reator produziu mais energia do que consumiu;

Reatores de Fusão Nuclear:

JET: Q = 0,6;JET: Q = 0,6;

ITER: 5 ITER: 5 Q Q 10; 10;

Reator Comercial: Q Reator Comercial: Q 30; 30;


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;

VANTAGENSVANTAGENS

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;

VANTAGENSVANTAGENS

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;

VANTAGENSVANTAGENS

Desvantagens intimamente ligadas a fatores políticos e econômicos;

Investimentos enormes, sem a Investimentos enormes, sem a garantia de sucesso dos resultados a garantia de sucesso dos resultados a serem alcançadosserem alcançados são, portanto, uma aposta que a maioria dos governos não quer assumir, provavelmente devido às necessidades imediatistas e eleitorais necessidades imediatistas e eleitorais dos economistas e políticosdos economistas e políticos, pois os resultados efetivos só seriam observados posteriormente. Desta forma, a pesquisa em fusão nuclear mantém seus recursos limitados.

DESVANTAGENSDESVANTAGENS

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;

OBSTÁCULOSOBSTÁCULOS

Estudo aprofundado da produção de Trítio e Urânio no próprio reator;

Estudo aprofundado de meios de Estudo aprofundado de meios de purificação dos gases resultantes;purificação dos gases resultantes;

Estudo aprofundado de segurança e Estudo aprofundado de segurança e impacto ambiental, incluindo tratamento impacto ambiental, incluindo tratamento de resíduos e controle de possíveis falhas de resíduos e controle de possíveis falhas no processo;no processo;

OBSTÁCULOSOBSTÁCULOS

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