Tokamak – Por Jayme José de Oliveira
ASSIM CAMINHA A HUMANIDADE– VI
Da encíclica “Laudato Si”, abordada na coluna anterior, recolho a convicção ferrenha de S. S. o Papa Francisco nos auspiciosos augúrios para a humanidade a partir do aperfeiçoamento da obtenção de energia por processos inovadores, A civilização não prescinde, pelo contrário, cada vez mais necessitará do emprego em escala crescente da energia abundante, menos poluente e barata.
Sabemos que a tecnologia baseada nos combustíveis fósseis – altamente poluentes, sobretudo o carvão, mas também o petróleo e, em menor medida, o gás – deve ser, progressivamente e sem demora, substituída.Passemos a dar destaque às invenções que nos permitirão usufruir benefícios cada vez mais amplos e, concomitantemente menos poluentes, nos prometendo um planeta mais limpo e habitável. O Tokamak, quando forem tangenciados os pequenos obstáculos e superados os maiores, nos fornecerá energia ilimitada. A mesma que há bilhões de anos o sol nos envia gratuitamente.
ENERGIA OBTIDA POR FUSÃO NUCLEAR
Desde o início dos tempos o homo sapiens tentou reforçar a capacidade dos músculos com estratagemas técnicos, a cooperação de outros indivíduos ou animais. Domesticou e atrelou quando não os utilizava como montarias.
O remo, as velas para propulsionar embarcações prenunciavam resultados cada vez mais potentes e criativos. James Fulton com sua máquina a vapor, Rudolf Diesel, Alberto Santos Dumont, Henry Ford I, Werner vonBraun e tantos outros nos abriram horizontes para o transporte e locomoção.
No setor que abrange a criação de energia o progresso foi espantoso e se vislumbra o aproveitamento integral da transformação da matéria em energia. Segundo Albert Einstein o ápice será alcançado cedo ou tarde e então a humanidade será abastecida de energia ilimitada, barata e não poluente.
No momento em que se dá tanta importância à geração de energia limpa distanciando da combustão, surgiu a fissão atômica a partir do urânio enriquecido (U-235) a partir do isótopo U-238 que representa 99,284% do encontrado na natureza. A diferença entre os dois é representada pelo número de nêutrons existentes no núcleo, 143 no U-235, 146 no U-238. O perigo que representa a obtenção de energia elétrica a partir da fissão nuclear é a radioatividade, inclusive do lixo atômico resultante, isso devido ao enorme tempo de transformação – 913 milhões de anos . Devido a este fator as emanações, inclusive das bombas do tipo que arrasaram Hiroshima são tão deletérias, inclusive com sequelas genéticas e por provocaremdoenças, incluindo o câncer.
Acidentes como os ocorridos em Chernobyl e mais recentemente Fukushima são catastróficos e se perpetuam no tempo.
À bomba de U-235 sucedeu a bomba H, substancialmente mais potente. Enquanto a primeira tinha um poder de 25 quilotons (25 mil toneladas de TNT), a outra atingia 50 megatons (50 milhões de toneladas de TNT). Para se ter ideia da energia liberada, seriam necessárias 1 milhão de carretas carregadas com 50 toneladas de TNT cada uma para obter uma explosão de valor equivalente. A diferença primordial consiste no fato dos resíduos serem inofensivos, isentos de radioatividade. O hidrogênio se transforma em hélio assim como ocorre no âmago do sol.
Enquanto os reatores de fissão (urânio) atualmente disponíveis emitem radiações mortíferas – vejam-se os transtornos que causaram as usinas de Chernobyl e, mais recentemente de Fukushima – a fusão nuclear é totalmente isenta desses subprodutos indesejáveis.
A mais célebre equação científica do século XX foi desenvolvida por Albert Einstein. Ela estabelece a equivalência quantitativa da transformação da matéria em energia e vice-versa. Para termos uma ideia da grandeza da energia produzida, o cálculo indica que, com 10 kg de matéria poderíamos evaporar toda a água da Baía da Guanabara.
A fórmula E=mc2, sendo “E” a energia, “m” a massa e “c2” a velocidade da luz ao quadrado. Foi utilizada a velocidade da luz como parâmetro por ser a única constante inalterável do universo.
No dia que dominarmos a energia da fusão, como já o fizemos com a fissão – transformá-la em energia controlada – teremos resolvido o problema energético em definitivo e de maneira segura, sem resíduos perigosos, em quantidade ilimitada. O deutério e o trítio serão obtidos da água do mar e outra fontes naturais. O deutério existe na natureza na proporção de 1/7.000 de átomos de hidrogênio.
TOKAMAK
Desde 1.961,a partir dos estudos do físico russo Lev AndreevichArtsinovich visando a utilização da fusão nuclear não poluente, livre de resíduos radioativos e com capacidade infinita de produzir energia a partir dos isótopos do hidrogênio (deutério e trítio) os progressos tem sido acelerados e podemos dizer que estamos no limiar de resolver o problema da energia limpa e inesgotável. O desenvolvimento do “TOKAMAK” é uma realidade mais próxima que se possa imaginar tornará obsoletos todos os métodos dependentes da queima de combustíveis fósseis. O TOKAMAK utiliza o mesmo princípio do sol para transformar matéria em energia, seguindo a Lei da equivalência matéria-energia, descoberta por Albert Einstein.
O tokamak é o engenho mais promissor, até o momento, para a obtenção da fusão termonuclear. Consiste num toróide (formato de um pneu de carro) no qual uma câmara de vácuo contém um anel de plasma confinado por campos magnéticos retorcidos .
|
Nota – a palavra tokamak é um acrônimo das palavras russas toroidal’naya kamera magnitnoi katushki, que significam câmara toroidal e bobinas magnéticas. |
Configuração de um tokamak – Uma corrente elétrica transitória que circula na bobina primária de um tokamak induz no anel de plasma uma corrente, que servirá tanto para aquecê-lo como para produzir um campo magnético poloidal. O outro componente importante do campo magnético corresponde ao campo magnético toroidal, gerado por correntes elétricas que circulam nas bobinas de campo toroidal ao redor do toróide. Além disso, correntes que circulam nas bobinas de controle de posição geram campos magnéticos auxiliares que modificam o campo poloidal, equilibrando o anel de plasma e controlando sua posição dentro da câmara. A combinação dos campos poloidal e toroidal conduz ao confinamento adequado do plasma em tokamaks.
Principais componentes de um sistema de confinamento magnético do tipo tokamak.
Aquecimento de plasma – A maneira mais eficiente de aquecer o plasma num tokamak é fazer com que circule através dele uma corrente induzida pela bobina primária. Esta bobina representa o circuito primário de um transformador no qual o anel de plasma constitui o circuito secundário. Funciona como um aquecedor elétrico onde o calor gerado depende da intensidade da corrente e da resistência elétrica. Entretanto, a resistividade do plasma diminui à medida que sua temperatura aumenta, tornando o processo de aquecimento menos eficiente. A temperatura máxima que pode ser atingida em tokamaks por aquecimento resistivo (aquecimento ôhmico) é de aproximadamente 3×107 K, duas vezes maior que a temperatura no centro do Sol, mas que é menor do que a necessária para fazer com que um reator funcione, aproximadamente 108 K. Em experimentos que utilizam máquinas do tipo tokamak, técnicas de aquecimento auxiliar tem sido utilizadas para atingir temperaturas de até 5×108 K (mais que 30 vezes a temperatura no centro do Sol). Os dois métodos principais de aquecimento adicional consistem na injeção de feixes de partículas neutras de alta energia e de ondas de radiofrequência de vários tipos.
Utilizando linguajar mais acessível, faz-se necessário obter uma temperatura de aproximadamente 150 milhões de graus célsius e mais: confinar o plasma resultante dentro de um campo magnético ESTÁVEL, uma vez que não existe nada no universo que suporte essa temperatura sem se transformar também em plasma. Quando Isaac Asimov escreveu o ensaio, estimava em 20 anos o tempo a aguardar. Já decorrem 30 e preveem-se outros 10… se não surgirem contratempos que podem ser técnicos, financeiros e mesmo políticos. O projeto resulta duma cooperação da Rússia, Estados Unidos, França, Inglaterra, China, Japão, e outros mais, fora os que se aliarão no futuro. O Brasil, no momento, não se mostra interessado.
Jayme José de Oliveira – cdjaymejo@gmail.com