A energia elétrica sustentável que poderá vir da fusão nuclear a laser

Claudio Macedo
21/12/2017

[1]
Pesquisadores de sete países divulgaram trabalho em que expõem a viabilidade de produção de energia elétrica a partir da energia gerada pela fusão entre núcleos de hidrogênio e boro utilizando feixes de laser em pulsos ultrarrápidos; sem a geração de resíduos radioativos [2].

A reação que ocorre, nesse caso, é H + 11B → 3 4He + 8,7 MeV; isto é, a fusão hidrogênio-boro gera 3 partículas alfa (α, núcleo de hélio) com uma energia de 2,9 MeV cada uma. Cada partícula α pode colidir com núcleo de hidrogênio (p, próton) e transferir energia cinética suficiente para provocar nova fusão com um núcleo de boro; estabelecendo um processo em cascata que aumenta a eficiência dos pulsos de laser.

Finalmente, a energia elétrica é gerada num procedimento de conversão direta da energia cinética das partículas alfa (íons) em corrente contínua em alta tensão (high-voltage direct current, HVDC) [3]. A figura abaixo mostra um esquema simplificado desse tipo de conversão.

Esquema simplificado de um conversor direto da energia cinética de íons em energia elétrica [4].
O processo de fusão nuclear apresentado se contrapõe ao processo de fusão mais pesquisado nos últimos 60 anos: a reação nuclear de fusão de núcleos de deutério e trítio (isótopos de hidrogênio) em reatores (tokamaks) que geram núcleos de hélio e nêutrons; nessa situação, os nêutrons gerados são resíduos radioativos. Nesse caso, a reação que ocorre é D + T → 4He + n + 17,6 MeV; isto é, a fusão deutério-trítio gera uma partícula α e um nêutron (n) com energia cinética total de 17,6 MeV.

A energia elétrica gerada de fusão nuclear é um sonho antigo; afinal, é o tipo de processo de geração de energia mais eficiente já observado na natureza. É com esse tipo de processo que o Sol, e todas as demais estrelas, produzem energia. Para se entender a eficiência do processo, basta saber que a energia de ligação dos prótons e dos nêutrons em um núcleo é da ordem de 10 milhões de elétrons-volts (MeV), enquanto as energias de ligação da reação química típica são de apenas 1 elétron-volt (eV). Assim, as trocas de energia para os processos nucleares são cerca de 10 milhões de vezes superiores às das reações químicas.

O trabalho agora apresentado [2] indica uma perspectiva de se ter um reator de fusão hidrogênio-boro estável funcionando em cerca de 10 anos, a custos extremamente mais baixos que os previstos para reatores de fusão deutério-trítio [5], porque, segundo os autores, o reator de fusão hidrogênio-boro não precisará de permutador de calor nem de gerador de turbina a vapor, e os lasers necessários são bastante simples.

[1] Crédito da imagem: Kevin Doncaster (Laser, Flickr) / Creative Commons (CC BY 2.0). URL: https://www.flickr.com/photos/kmdoncaster/24053548579/.

[2] H Hora et al. Road map to clean energy using laser beam ignition of boron-hydrogen fusion. Laser and Particle Beams 10.1017/S0263034617000799 (2017).

[3] Wikipedia. Direct energy conversion. https://en.wikipedia.org/wiki/Direct_energy_conversion. Acesso: 21 de dezembro (2017).

[4] Crédito da imagem: WikiHelper2134 (Wikipedia) / Creative Commons (CC BY-SA 3.0). URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Direct_energy_conversion#/media/File:Direct_Converter.jpeg.

[5] Reator de fusão nuclear – Projecto ITER. https://pt.energia-nuclear.net/que-e-a-energia-nuclear/fusao-nuclear/reactor-iter.html. Acesso: 21 de dezembro (2017).

Como citar este artigo: Claudio Macedo. A energia elétrica sustentável que poderá vir da fusão nuclear a laser. Saense. http://www.saense.com.br/2017/12/a-energia-eletrica-sustentavel-que-podera-vir-da-fusao-nuclear-a-laser/. Publicado em 21 de dezembro (2017).

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Claudio Macedo

Doutor em Física. Divulgador de Ciência. Professor da Universidade Federal de Sergipe (1976-2016). Escreve sobre Temas Variados da Ciência no Saense.

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