Fusão não poluente com a máquina Focus

Fusão não poluente com a máquina Focus

Fusão não poluente, outra via possível?

A experiência FOCUS

Os resultados obtidos até hoje não têm o mesmo nível de confiabilidade que os da Z-machine da Sandia, mas achamos interessante mencionar essas experiências para mostrar a ampla gama que a MHD permite, no que diz respeito ao aumento da densidade e da temperatura de um plasma. Nesse aspecto, a experiência FOCUS é muito original. Resta saber, nesse caso, se as altas temperaturas medidas com o fluxo de raios X correspondem realmente à temperatura do plasma ou ao efeito de impacto na ânoda. E. Lerner, que não possui os meios do poderoso laboratório do Novo México, acredita que isso indica que uma temperatura superior a um bilhão de graus (100 keV) foi obtida. Deixaremos a ele a responsabilidade por essa conclusão.

Princípio de funcionamento

1º de junho de 2006

FOCUS é uma experiência que muitas pessoas falam desde o início dos anos 2000. Você encontrará elementos na enciclopédia Wikipedia em:

http://en.wikipedia.org/wiki/Plasma_focus

A fusão, para qualquer pessoa, evoca imediatamente duas únicas vias.

• A fusão nos Tokamaks, correspondendo à cara experiência ITER, que será implantada em Cadarache, ao norte de Aix-en-Provence
• A fusão por lasers, como esta outra "catedral para engenheiros" que é o projeto Megajoule, localizado em Barp, perto de Bordeaux.

Por fusão entende-se também exclusivamente a do deutério e do trítio, que é a que ocorre à temperatura mais baixa. O deutério é um primeiro isótopo do hidrogênio cujo núcleo é composto por um próton e um nêutron. O núcleo do trítio contém um próton e dois nêutrons.

Sua fusão, ocorrendo quando a temperatura atinge cem milhões de graus (a um ritmo rápido), produz um núcleo de hélio e um nêutron (rápido) dotado de energia de 14 MeV (14 milhões de elétrons-volts). No centro do Sol, a temperatura da "caldeira" é apenas de 15 a 20 milhões de graus e a fusão ocorre a um ritmo muito mais lento (caso contrário o Sol explodiria).

As moléculas de hidrogênio pesado se assemelham muito às do hidrogênio leve. Elas possuem as mesmas propriedades químicas:

À esquerda, uma molécula D-D e à direita, uma molécula T-T. A ligação é feita por elétrons, aqui representados por abelhas. Os "núcleons" são representados por diabos. Os prótons, eletricamente carregados, estão em roxo, os nêutrons, eletricamente neutros, em vermelho.

A partir de 3000°C, o hidrogênio "se ioniza completamente", os elétrons deixam os núcleos e o hidrogênio (leve ou pesado) se transforma em plasma, mistura de um "gás de elétrons" e núcleos eletricamente carregados. Mas em torno de 100-150 milhões de graus, esses núcleos tendem a reagir:

Aqui está o esquema da fusão do hidrogênio pesado:

O leitor pode se familiarizar com todos esses conceitos relacionados à energia nuclear consultando minha quadrinha gratuita, disponível para download:

Energéticamente Seu

disponível no site http://www.savoir-sans-frontieres.com no endereço:

http://www.savoir-sans-frontieres.com/JPP/telechargeables/Francais/energetiquement_votre.htm

É a emissão desse nêutron de fusão de 14 MeV que causa problema, pois essas partículas provocam uma radioatividade induzida em todas as estruturas que constituem o reator. Esses nêutrons se integram nos materiais das estruturas do reator, gerando muitas substâncias instáveis que se tornam radioativas de imediato e constituirão resíduos. Esse fluxo de nêutrons também altera as estruturas do reator, podendo comprometer, no final, a solidez de seus componentes e afetar o correto funcionamento das bobinas que garantem o confinamento do plasma.

O desenho acima evoca a regeneração do trítio. Na prática, os nêutrons de fusão não criam apenas trítio. Eles também criam muitos isótopos radioativos, por efeito de radioatividade artificial (em oposição à "radioatividade natural" ligada aos isótopos radioativos existentes na natureza, e que foram criados inicialmente nas explosões de supernovas, e depois integrados à massa da Terra no momento de sua formação). Uma camada de lítio se comporta como um "material fértil" que é suposto criar continuamente trítio, o qual, radioativo (meia-vida: 12 anos), não existe na natureza.

O homem da rua geralmente ignora que a fusão é como "uma química dos núcleos", onde se parte de um "misto de fusão", de uma "reação" e que dá "produtos de reação". A fusão deutério-trítio é apenas uma das reações possíveis. Mas como é a que ocorre à temperatura mais baixa

**Reações de fusão não poluentes, isentas de radioatividade e resíduos radioativos! **

Vimos, em um dossier dedicado à Z-machine, que uma temperatura de dois bilhões de graus foi atingida em 2005 nos laboratórios Sandia, no Novo México. Observamos, por sinal, que o objetivo da experiência não era obter temperaturas tão altas, mas criar uma simples fonte de raios X, com alguns milhões de graus. No entanto, de forma inesperada, esse compressor de plasma forneceu ... dois bilhões de graus, de uma maneira perfeitamente incontestável. Esse resultado fora do comum criou imediatamente uma inquietação dentro das equipes que há décadas gerenciam esses projetos dispendiosos, que são:

• A fusão por laser (na França: Megajoule)
• A fusão nas máquinas tokamak (na França: ITER)

Mas veremos que esta Z-machine poderia não ser a única a poder produzir plasmas tão quentes (enquanto o equipamento ITER, funcionando de forma contínua, não pode aumentar sua temperatura). Fazendo uma analogia, poderíamos dizer que há tanta diferença entre esta nova gama de máquinas de fusão, de alta temperatura e o tokamak, quanto entre os motores de explosão e as máquinas a vapor.

Assim, por comparação, o ITER é a máquina a vapor dos tempos modernos

Para melhor entender esses tipos de máquina, é necessário se familiarizar com as forças eletromagnéticas que atuam em condutores elétricos, depois em descargas.

Pegue um solenóide "flexível", simplesmente um loop no qual fazemos passar uma corrente. Esta bobina vai gerar um campo que atuará sobre o fio percorrido pela corrente elétrica através da Força de Laplace I x B

Expansão de uma bobina sob a ação de seu próprio campo magnético

É tipicamente a experiência que você pode ter visto no Liceu ou no Palácio da Descoberta.

Se a corrente for suficientemente intensa, isso pode causar a explosão do condutor elétrico. No meu laboratório nos anos sessenta criávamos campos magnéticos...