O principal objetivo de reatores de fusão nuclear é produzir eletricidade pela energia térmica liberada durante a fusão de dois núcleos de luz. Vamos estudar o funcionamento dos reatores de fusão.
- O reator de fusão nuclear geralmente usa o isótopo de deutério ou trítio semelhante ao hidrogênio como combustível.
- Inicialmente, o combustível de fusão é aquecido a 100 milhões de graus Celsius em uma câmara de alto vácuo, que é transformada em plasma.
- A reação de fusão requer alta temperatura e pressão, fornecidas por um campo magnético muito forte ou bomba de alto vácuo.
- Sob a influência de tal pressão e temperatura, o plasma é confinado dentro da câmara e fundido com o próton alvo para formar um núcleo mais pesado.
- A energia é liberada durante o processo de fusão, depois coletada e convertida em outra forma útil de energia.
O deutério está presente na água, por isso é amplamente utilizado como combustível de fusão. O trítio não ocorre naturalmente; assim, o lítio é usado junto com o deutério como combustível para fusão nuclear. Neste post, vamos discutir fatos interessantes sobre o funcionamento e geração de energia a partir de reatores de fusão nuclear.
Como os reatores de fusão geram eletricidade?
A geração de eletricidade a partir de reator de fusão nuclear segue o princípio de conservação de energia. Vamos nos concentrar no processo de geração de eletricidade por reatores de fusão.
Os reatores de fusão geram eletricidade de duas maneiras:
- Através de turbinas a vapor – neste método, o calor liberado durante a fusão é captado e convertido em vapor utilizando a água como refrigerante. Ele é passado por uma grande turbina e os faz girar, o que impulsiona a geração de eletricidade.
- Conversão direta – os núcleos de movimento rápido da fusão carregam cargas elétricas. Essas cargas podem ser convertidas em eletricidade usando o motor térmico.
A eficiência do reator de fusão
A eficiência é responsável pela proporção entre a entrada e a saída de energia que é convertida em trabalho útil. Vamos verificar a eficiência de um reator de fusão nuclear.
O reator de fusão produz uma enorme quantidade de calor; assim, sua eficiência térmica é de 70% e a eficiência de um reator de fusão nuclear para gerar eletricidade é de 40%. Um grama de combustível de fusão pode produzir a mesma energia que 10kg de combustível fóssil podem produzir, por isso é mais eficiente em termos de geração de energia.
Os reatores de fusão nuclear são seguros?
A fusão nuclear envolve um elemento cujo número atômico é menor que 56. Agora, veremos se um reator de fusão é seguro.
O reator de fusão nuclear é seguro para aproveitamento de energia porque é um processo autolimitado, ou seja, se você não consegue controlar a reação, o reator desliga sozinho. A explosão do reator de fusão é muito rara, pois não sofre reação em cadeia. O resíduo radioativo é mínimo em um reator de fusão, por isso é seguro de usar.
A fusão nuclear não libera nenhum elemento radioativo pesado nem gases tóxicos, como dióxido de carbono ou qualquer gás de efeito estufa, por isso é seguro para o meio ambiente. Os reatores de fusão nuclear nem sempre são seguros porque às vezes sofrem radioatividade induzida por nêutrons, gerando nêutrons de alta energia que não são tão seguros.
Quantos reatores de fusão existem?
Construir uma usina de fusão é difícil porque atingir as condições necessárias, como alta temperatura e pressão, é difícil. Deixe-nos saber o número de reator de fusão que existe.
Apenas dois reatores de fusão nuclear podem ser usados para gerar energia. Eles são
- Reatores de confinamento magnético
- Reatores de confinamento inercial
Reatores de confinamento magnético
Os reatores de confinamento magnético usam o campo magnético para confinar o plasma de deutério ou trítio. Eles utilizam a condutividade elétrica do plasma para interagir com o campo magnético para compensar a alta pressão do plasma; assim, o plasma quente continua tocando as paredes da câmara de confinamento por meio do campo magnético.
Reatores de confinamento inercial
Os reatores de confinamento inercial usam o combustível de fusão na forma de pequenos grânulos, que são comprimidos a uma densidade de energia extremamente alta e aquecidos em alta temperatura. O confinamento inercial leva um período de tempo muito curto, e o feixe de alta energia de prótons, elétrons ou íons faz a compressão.
Como os reatores de fusão não derretem?
A vantagem de um reator nuclear é que, mesmo em temperaturas extremamente altas, não há risco de fusão. Vamos descobrir a razão por trás do não derretimento de um reator de fusão nuclear.
O reator de fusão nuclear não derrete nem a milhões de graus de temperatura por causa do campo magnético aplicado para confinar o plasma. O campo magnético envolve o plasma como um escudo, proporcionando assim um isolamento térmico perfeito para resistir a temperaturas extremas. Assim, o núcleo externo do reator não derrete.
Em um reator de fusão nuclear, se algo der errado, como a quebra do campo magnético, o plasma esfria em um segundo para não correr o risco de derreter. É uma das grandes vantagens dos reatores de fusão nuclear.
Como os reatores de fusão são aquecidos?
Para alcançar a fusão nuclear, a alta temperatura é um critério essencial. Deixe-nos saber como o reator de fusão é aquecido para atingir a temperatura necessária.
O reator nuclear é inicialmente aquecido através de uma corrente elétrica externa que é passada para o núcleo de combustível para acelerá-los. À medida que começam a acelerar, os núcleos adquirem energia cinética e colidem consigo mesmos. A colisão entre esses núcleos causa o aquecimento do reator de fusão nuclear.
O calor gerado devido a cada colisão aumenta até a temperatura necessária, causando a remoção de um elétron do hidrogênio neutro e, em seguida, o núcleo alvo injetado no combustível de plasma. Isso resulta na fusão de dois núcleos mais leves para formar um único núcleo pesado.
Conclusão
Vamos terminar este post afirmando que um reator de fusão nuclear é o gerador de energia mais seguro e difícil de construir. A produção de energia do reator de fusão segue a conversão massa-energia de Einstein E=mc2. Existem apenas 20 reatores de fusão nuclear construídos em todo o mundo.
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Meu nome é Keerthi K Murthy, tenho pós-graduação em Física, com especialização na área de física do estado sólido. Sempre considerei a física uma disciplina fundamental e ligada ao nosso dia a dia. Sendo um estudante de ciências, gosto de explorar coisas novas na física. Como escritor meu objetivo é chegar aos leitores de forma simplificada através de meus artigos.