1287: Reactor nuclear na China atinge temperatura sete vezes superior à do Sol

CIÊNCIA

© EPA / NASA/JOHNS HOPKINS APL HANDOUT NASA/JOHNS HOPKINS APL HANDOUT/NASA

Pequim, 14 Nov (Lusa) – Um reactor nuclear experimental localizado no leste da China atingiu uma temperatura do plasma superior a 100 milhões graus celsius, quase sete vezes superior ao centro do Sol e capaz de realizar a fusão do núcleo dos átomos.

O reactor manteve aquela temperatura durante quase dez segundos, informou hoje o portal de notícias China.org.cn, acrescentando que é a primeira vez que o reactor de fusão termonuclear EAST (sigla em inglês para Tokamak Supercondutor Experimental Avançado), conhecido como “Sol artificial”, atinge aquela temperatura.

O Instituto de Física de Hefei, que está sob alçada da Academia de Ciências da China, afirmou que o feito “lança as bases para o desenvolvimento de energia nuclear limpa”, devido ao uso de deutério e trítio, dois isótopos radioactivos que existem em grande quantidade nos oceanos.

A fusão nuclear é o processo de geração de calor das estrelas, e é considerada a forma mais eficiente e limpa de gerar energia, não produzido material radioactivo.

Este avanço contribuirá para a construção do Reactor Experimental Termonuclear Internacional (ITER, sigla em inglês), no sul de França, e que conta com a colaboração de 35 países, incluindo China, Estados Unidos e Rússia, e da União Europeia.

Por agora, o EAST é um dos poucos dispositivos no mundo capazes de levar a cabo experiências relacionadas com a fusão do núcleo atómico.

A fusão é uma reacção química que consiste na união de dois átomos, para formar um superior, um processo que liberta uma enorme quantidade de energia, maior inclusive do que a fissão realizada em centrais nucleares, onde se rompem átomos grandes em partículas mais pequenas.

Há dois anos, cientistas da Academia de Ciências da China conseguiram manter estável a fusão do núcleo durante 102 segundos, um recorde até à data, após elevarem a temperatura do hidrogénio até 50 milhões de graus celsius.

Após o aumento térmico, o hidrogénio passou de gás a plasma, o quarto estado da matéria – além do sólido, líquido e gasoso -, em que as partículas se movem a tal velocidade e chocam com tanta força que os electrões se separam do núcleo dos átomos, formando um conjunto ionizado.

O desafio actual é prolongar ao máximo o tempo de fusão, de forma estável e controlada, um esforço que poderá levar ainda vários anos ou décadas, segundo especialistas.

MSN notícias
LUSA
João Pimenta
JPI // HB
14/11/2018

 

701: A energia de fusão não está tão longe quanto pensamos

DESY/Science Communication Lab

Nos últimos 30 anos tem-se dito que a energia de fusão comercialmente viável está “no horizonte”, uma meia-verdade que já se tornou uma piada no mundo da física. Agora, a Agni Energy Inc. tem um plano para desenvolver um reactor de fusão que, diz a empresa, “está mais perto do que apenas no horizonte”.

Os reactores nucleares fazem uso de um processo chamado de fissão nuclear, que liberta energia ao separar átomos. Contudo, o problema da fissão é criar subprodutos radioactivos que devem ser armazenados.

Pelo contrário, a fusão (que em vez de separar, une os átomos) também liberta energia, mas os cientistas ainda não foram capazes de desenvolver um reactor de fusão viável. Se os cientistas conseguissem, de facto, atingir o tal horizonte, estes reactores seriam capazes de criar mais energia do que a fissão nuclear, sem os subprodutos prejudiciais.

Mas como funcionam os reactores de fusão nuclear? A grande maioria aquece o plasma a temperaturas extremas através de lasers ou feixes de iões. Ou, em alternativa, comprimem o plasma com ímanes a densidades demasiado elevadas. 

No entanto, ambos os métodos são uma dor de cabeça. Demitri Hopkins, director da Agni Energy Inc., explica que os feixes exigem muita energia para o sistema funcionar. Os ímanes são também um problema dado que se energizarmos o plasma, podemos não conseguir manter os átomos estáveis o suficientes para conter toda a energia.

Esta nova abordagem usaria campos eléctricos e magnéticos para criar um dispositivo híbrido de fusão que, em vez de tentar fundir os átomos de uma fonte, atinge um feixe de átomos contra um alvo sólido, fazendo com que os átomos do feixe se fundam com os átomos do sólido.

O feixe é composto por deutério, um isótopo de hidrogénio pesado com apenas um neutrão. Já o alvo consiste em trítio, um hidrogénio pesado com dois neutrões. A abordagem usa hidrogénio por ser o elemento mais leve. Na fusão, os elementos mais leves produzem mais energia.

As lentes magnéticas estabilizam e excitam os átomos do feixe e, quando o feixe atinge o alvo, os dois tipos de átomos de hidrogénio fundem-se e libertam neutrões de alta energia, que podem ser usados para aquecer agua ou alimentar turbinas a vapor.

A fusão cria ainda hélio não tóxico e um pouco de trítio, que pode ser reutilizado como combustível.

Esta ideia de fusão “feixe-alvo” foi proposta pela primeira vez na década de 1930, mas foi considerada inviável por usar mais energia do que a que gera. “Foi logo descartada como um caminho para a fusão por irradiar muita energia, que não é utilizável. Espalha-se muita energia quando o feixe atinge o alvo”, explicou Hopkins.

O facto de muita energia ser perdida ditou o fim desta ideia.

Menos dispersão

No entanto, a equipa que está por trás desta nova abordagem disse ser capaz de ajustar os átomos, tanto no alvo como no feixe, através de um ajuste na polarização do spin. Ao inclinar os spins, os cientistas podem ultrapassar a barreira de Coulomb, ou “as forças que repelem átomos que ficam muito próximos”, fazendo com que os átomos consigam estar próximos o suficiente para propiciar uma reacção de fusão nuclear.

Isso faz com que se espalhem menos átomos, aumentando assim a energia que é aproveitada.

Ainda assim, há quem duvide desta abordagem de Hopkins. Embora seja quase um dado garantido que a polarização dos spins melhora a eficiência, o truque (e a tarefa mais complicada) é colocar esta ideia em prática.

Mas Hopkins está optimista e afirma que o projecto Agni não irá demorar nem 30 anos. “Nos últimos 80 anos, as pessoas têm dito que estão próximas da fusão nuclear. Algum dia alguém teria de quebrar isso.”

ZAP // LiveScience

Por ZAP
28 Junho, 2018

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595: “Ondas fantasmagóricas” descobertas em reactor nuclear

(cv) ITER organization / YouTube
IETR – primeiro reactor de fusão nuclear em larga escala do mundo

Estas “ondas fantasmagóricas” conseguem impedir os electrões de atingirem grandes velocidades. Assim, poderiam ser úteis na criação de novas formas de evitar que os electrões fugitivos danifiquem o interior do reactor.

Segundo uma investigação recente, misteriosas “ondas fantasmagóricas”, normalmente criadas por raios, são formadas dentro de reactores de fusão nuclear e poderiam ser suficientemente úteis para protegê-los de danos.

Normalmente, estas ondas são encontradas na ionosfera, uma camada da atmosfera terrestre que fica aproximadamente entre 80 a 1.000 quilómetros acima da superfície do planeta.

As misteriosas ondas formam-se quando relâmpagos geram pulsos de ondas electromagnéticas que viajam entre os hemisférios norte e sul, e mudam de frequência à medida que cruzam o globo. Quando os sinais de luz são convertidos em sinais de áudio, o som que geram é semelhante a um assobio.

Recentemente, estas “ondas assobiadoras” foram descobertas no plasma quente dentro de um tokamak, um reactor de fusão nuclear. Como estas ondas se conseguem espalhar e impedir os electrões de atingirem velocidades muito altas, poderiam ajudar a conceber uma nova maneira de evitar que os electrões fugitivos danifiquem o interior do reactor.

“Idealmente, queremos evitar interrupções e fugas. Mas, se ocorrerem, gostaríamos de ter várias ferramentas disponíveis para lidar com elas”, disse Don Spong, físico do Laboratório Nacional Oak Ridge, nos EUA, e um dos autores do novo estudo, publicado na Physical Review Letters.

Quando os investigadores detectaram as ondas pela primeira vez, na DIII-D National Fusion Facility em San Diego, repararam que eram precisas certas condições para isso acontecer. Alguns electrões fugitivos, por exemplo, moviam-se a uma determinada velocidade, estimulando um certa vibração no plasma que fazia com que essas ondas fossem criadas.

“Gostaríamos de fazer a engenharia inversa deste processo, colocando estas ondas do lado de fora do plasma para dispersar os electrões fugitivos”, explicou o físico.

Desta forma, o objectivo final desta pesquisa é criar uma espécie de antena externa para gerir ondas capazes de espalhar os electrões e evitar que estes acelerem muito. Para isso, os investigadores precisam de aprofundar a sua pesquisa e estudar ainda mais este fenómeno.

Identificar que frequências e comprimentos de onda funcionam melhor e analisar o que acontece no plasma mais denso, necessário para os reactores de fusão nuclear, são os próximos passos.

Suprimir os electrões fugitivos é apenas um dos obstáculos na criação de energia a partir da fusão nuclear. Apesar disso, Spong mostra-se bastante optimista.

São vários os investigadores que procuram, actualmente, conseguir energia de fusão nuclear. Um reactor funcional e eficiente pode, assim, estar para breve.

ZAP // HypeScience

Por ZAP
30 Maio, 2018

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525: A NASA testou o novo reactor de fissão nuclear (e é incrivelmente poderoso)

Los Alamos National Laboratory / NASA
A NASA testou com sucesso o seu “Kilopower Reactor Using Stirling Technology”, ou KRUSTY

Cientistas da NASA, em colaboração com a Administração Nacional de Segurança Nuclear do Departamento de Energia dos EUA, criaram um novo sistema de reactor nuclear de fissão que poderia permitir missões tripuladas de longa duração à lua, Marte e outras partes do sistema solar.

A NASA está há algum tempo à procura de novas soluções para equipar as suas naves espaciais com motores que nos permitam chegar mais longe do que alguma vez o Homem chegou, que vão do propulsor iónico incrivelmente lento, até ao mítico “motor impossível” com propulsão EM saído das histórias de ficção científica – que está próximo de acontecer.

Mas a solução para o motor que nos levará para além do Sistema Solar poderá afinal estar num reactor de fissão nuclear. A experiência, chamada “Kilopower Reactor Using Stirling Technology”, ou simplesmente KRUSTY, já foi testado com sucesso em laboratório.

Para podermos passar bastante tempo em qualquer local do sistema solar que não seja a  Terra, precisamos de novas formas de produção de energia. O Kilopower é exactamente isso: um sistema de energia de fissão leve que pode alimentar missões robóticas, bases humanas e missões tripuladas de exploração.

O KRUSTY é capaz de gerar até 10 quilowatts de energia eléctrica, o suficiente para várias residências serem alimentadas continuamente por dez anos, ou para manter um posto avançado na lua ou em Marte.

Energia segura, eficiente e abundante será a chave para futuras explorações robóticas e humanas. Espero que o projecto Kilopower seja uma parte essencial das arquitecturas de energia lunar e marciana à medida que evoluírem”, disse Jim Reuter, da Directoria de Missão de Tecnologia Espacial da NASA, em comunicado.

O protótipo do sistema possui um pequeno núcleo sólido de urânio-235, bem como tubos de calor de sódio para transferir o calor do reactor para motores Stirling de alta eficiência, que depois o convertem em electricidade.

Este sistema é ideal para locais como a lua, onde a geração de energia usando painéis solares é difícil porque as noites lunares são equivalentes a 14 dias na Terra. Além disso, muitos planos para a exploração lunar envolvem a construção de postos avançados em regiões polares permanentemente sombreadas ou subterrâneas.

Foster+ Partners / ESA
Um reactor Kilopower permitiria manter bases permanentes na Lua e em Marte e alimentar a produção de combustíveis e outros materiais

Em Marte, a luz do sol é mais abundante, mas sujeita ao ciclo diurno e ao clima do planeta, como tempestades de poeira. Essa tecnologia pode garantir um fornecimento constante de energia que não depende de fontes intermitentes, como a luz solar.

A experiência Kilopower foi conduzida entre Novembro e Março de 2017. Além de demonstrar que o sistema é capaz de produzir electricidade através da fissão, o objectivo dos cientistas era mostrar que é estável e seguro em qualquer ambiente.

Por esse motivo, a equipa realizou a experiência em quatro fases. As duas primeiras foram conduzidas sem energia e confirmaram que cada componente do sistema funcionava adequadamente.

Já na terceira fase, a equipa aumentou a potência para aquecer o núcleo lentamente antes de passar para a fase quatro, que consistiu num teste de 28 horas de potência total. Esta fase simulou todas as etapas de uma missão, que incluiu a inicialização do reactor, a aceleração até à sua potência máxima, uma operação estável e o encerramento.

Durante toda a experiência, a equipa simulou várias falhas do sistema para garantir que continuaria em funcionamento. Isso incluiu reduções de energia, falhas no motor e falhas nos tubos de calor. O gerador KRUSTY continuou a fornecer electricidade, provando que pode suportar qualquer obstáculo que a exploração espacial o imponha.

Se tudo correr como esperado, o KRUSTY pode permitir postos humanos permanentes em diversos locais do sistema solar e além, bem como oferecer apoio a missões que dependem da utilização de recursos locais para produzir combustível.

Este sistema de reactores também pode abrir o caminho para foguetes que dependem de propulsão nuclear-térmica ou nuclear-eléctrica, possibilitando missões mais rápidas e mais económicas.

ZAP // HypeScience / Universe Today

Por ZAP
9 Maio, 2018

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