De acordo com os conceitos astrofísicos modernos, a principal fonte de energia do Sol e de outras estrelas é a fusão termonuclear que ocorre em suas profundezas. Em condições terrestres, é realizado durante a explosão de uma bomba de hidrogênio. A fusão termonuclear é acompanhada por uma liberação colossal de energia por unidade de massa de substâncias reagentes (cerca de 10 milhões de vezes maior do que nas reações químicas). Portanto, é de grande interesse dominar esse processo e utilizá-lo para criar uma fonte de energia barata e ecologicamente correta. No entanto, apesar de grandes equipas científicas e técnicas em muitos países desenvolvidos estarem envolvidas na investigação sobre fusão termonuclear controlada (CTF), muitos problemas complexos ainda precisam de ser resolvidos antes que a produção industrial de energia termonuclear se torne uma realidade.

As modernas centrais nucleares que utilizam o processo de fissão satisfazem apenas parcialmente as necessidades mundiais de electricidade. O combustível para eles são os elementos radioativos naturais urânio e tório, cuja abundância e reservas na natureza são muito limitadas; portanto, muitos países enfrentam o problema de importá-los. O principal componente do combustível termonuclear é o isótopo de hidrogênio deutério, encontrado na água do mar. As suas reservas estão publicamente disponíveis e são muito grandes (os oceanos do mundo cobrem cerca de 71% da superfície da Terra e o deutério representa cerca de 0,016% do número total de átomos de hidrogénio que constituem a água). Além da disponibilidade de combustível, as fontes de energia termonuclear apresentam as seguintes vantagens importantes sobre as usinas nucleares: 1) o reator UTS contém muito menos materiais radioativos do que um reator de fissão nuclear e, portanto, as consequências de uma liberação acidental de produtos radioativos são menos perigoso; 2) as reações termonucleares produzem menos resíduos radioativos de vida longa; 3) O TCB permite o recebimento direto de eletricidade.

BÁSICOS FÍSICOS DA Fusão NUCLEAR

O sucesso da implementação de uma reação de fusão depende das propriedades dos núcleos atômicos utilizados e da capacidade de obter plasma denso de alta temperatura, necessário para iniciar a reação.

Forças e reações nucleares.

A liberação de energia durante a fusão nuclear se deve a forças de atração extremamente intensas que atuam no interior do núcleo; Essas forças mantêm unidos os prótons e nêutrons que constituem o núcleo. Eles são muito intensos em distâncias de aproximadamente 10–13 cm e enfraquecem extremamente rapidamente com o aumento da distância. Além dessas forças, os prótons carregados positivamente criam forças repulsivas eletrostáticas. O alcance das forças eletrostáticas é muito maior que o das forças nucleares, de modo que elas começam a dominar quando os núcleos são afastados uns dos outros.

Como G. Gamow mostrou, a probabilidade de uma reação entre dois núcleos leves que se aproximam é proporcional a, onde e – base de logaritmos naturais, Z 1 E Z 2 – número de prótons em núcleos em interação, Cé a energia de sua abordagem relativa, e K– multiplicador constante. A energia necessária para realizar uma reação depende do número de prótons em cada núcleo. Se for superior a três, então esta energia é muito grande e a reação é praticamente impossível. Assim, com o aumento Z 1 e Z 2 a probabilidade de uma reação diminui.

A probabilidade de dois núcleos interagirem é caracterizada pela “seção transversal de reação”, medida em celeiros (1 b = 10 –24 cm 2). A seção transversal da reação é a área efetiva da seção transversal de um núcleo na qual outro núcleo deve “cair” para que sua interação ocorra. A seção transversal para a reação do deutério com o trítio atinge seu valor máximo (~5 b) quando as partículas interagentes têm uma energia relativa de aproximação da ordem de 200 keV. Com uma energia de 20 keV, a seção transversal torna-se inferior a 0,1 b.

De um milhão de partículas aceleradas que atingem o alvo, não mais do que uma entra em interação nuclear. O restante dissipa sua energia nos elétrons dos átomos alvo e diminui a velocidade a velocidades nas quais a reação se torna impossível. Conseqüentemente, o método de bombardear um alvo sólido com núcleos acelerados (como foi o caso no experimento Cockroft-Walton) é inadequado para a fusão controlada, pois a energia obtida neste caso é muito menor que a energia despendida.

Combustíveis de fusão.

Reações envolvendo p, que desempenham um papel importante nos processos de fusão nuclear no Sol e em outras estrelas homogêneas, não são de interesse prático em condições terrestres porque têm uma seção transversal muito pequena. Para a fusão termonuclear na Terra, um tipo de combustível mais adequado, como mencionado acima, é o deutério.

Mas a reação mais provável ocorre em uma mistura igual de deutério e trítio (mistura DT). Infelizmente, o trítio é radioativo e, devido à sua curta meia-vida (T 1/2 ~ 12,3 anos), praticamente não é encontrado na natureza. É produzido artificialmente em reatores de fissão e também como subproduto em reações com deutério. Contudo, a ausência de trítio na natureza não é um obstáculo ao uso da reação de fusão DT, uma vez que o trítio pode ser produzido irradiando o isótopo 6 Li com nêutrons produzidos durante a síntese: n+ 6 Li ® 4 He + t.

Se você cercar a câmara termonuclear com uma camada de 6 Li (o lítio natural contém 7%), poderá reproduzir completamente o trítio consumível. E embora na prática alguns nêutrons sejam inevitavelmente perdidos, sua perda pode ser facilmente compensada pela introdução de um elemento como o berílio na casca, cujo núcleo, quando um nêutron rápido o atinge, emite dois.

Princípio de funcionamento de um reator termonuclear.

A reação de fusão de núcleos leves, cujo objetivo é obter energia útil, é chamada de fusão termonuclear controlada. É realizado em temperaturas da ordem de centenas de milhões de Kelvin. Este processo até agora foi implementado apenas em laboratórios.

Condições de tempo e temperatura.

A obtenção de energia termonuclear útil só é possível se duas condições forem atendidas. Primeiro, a mistura destinada à síntese deve ser aquecida a uma temperatura na qual a energia cinética dos núcleos proporcione uma alta probabilidade de sua fusão durante a colisão. Em segundo lugar, a mistura reagente deve ser muito bem isolada termicamente (ou seja, a alta temperatura deve ser mantida por tempo suficiente para que ocorra o número necessário de reações e a energia liberada por isso exceda a energia gasta no aquecimento do combustível).

Na forma quantitativa, esta condição é expressa da seguinte forma. Para aquecer uma mistura termonuclear, um centímetro cúbico de seu volume deve receber energia P 1 = knT, Onde k– coeficiente numérico, n– densidade da mistura (número de grãos por 1 cm3), T– temperatura necessária. Para manter a reação, a energia transmitida à mistura termonuclear deve ser mantida por um tempo t. Para que um reator seja energeticamente rentável, é necessário que durante esse período seja liberada nele mais energia termonuclear do que a gasta no aquecimento. A energia liberada (também por 1 cm3) é expressa da seguinte forma:

Onde f(T) – coeficiente dependendo da temperatura da mistura e sua composição, R– energia liberada em um ato elementar de síntese. Então a condição para rentabilidade energética P 2 > P 1 assumirei o formulário

A última desigualdade, conhecida como critério de Lawson, é uma expressão quantitativa dos requisitos para um isolamento térmico perfeito. O lado direito - o “número de Lawson” - depende apenas da temperatura e composição da mistura, e quanto maior for, mais rigorosos serão os requisitos de isolamento térmico, ou seja, mais difícil é criar um reator. Na região de temperaturas aceitáveis, o número de Lawson para o deutério puro é 10 16 s/cm 3 , e para uma mistura DT de componentes iguais – 2×10 14 s/cm 3 . Assim, a mistura DT é o combustível de fusão preferido.

De acordo com o critério de Lawson, que determina o valor energeticamente favorável do produto da densidade e do tempo de confinamento, um reator termonuclear deve utilizar o maior valor possível n ou t. Portanto, a pesquisa sobre fusão controlada divergiu em duas direções diferentes: na primeira, os pesquisadores tentaram conter um plasma relativamente rarefeito usando um campo magnético por um tempo suficientemente longo; no segundo, usando lasers para criar um plasma com densidade muito alta por um curto período de tempo. Muito mais trabalho foi dedicado à primeira abordagem do que à segunda.

Confinamento de plasma magnético.

Durante a reacção de fusão, a densidade do reagente quente deve permanecer a um nível que proporcione um rendimento suficientemente elevado de energia útil por unidade de volume a uma pressão que a câmara de plasma possa suportar. Por exemplo, para uma mistura de deutério-trítio a uma temperatura de 10 8 K, o rendimento é determinado pela expressão

Se aceitarmos P igual a 100 W/cm 3 (que corresponde aproximadamente à energia liberada pelos elementos combustíveis em reatores de fissão nuclear), então a densidade n deve ser aprox. 10 15 núcleos/cm 3, e a pressão correspondente nT– aproximadamente 3 MPa. Neste caso, segundo o critério de Lawson, o tempo de retenção deve ser de no mínimo 0,1 s. Para plasma deutério-deutério a uma temperatura de 10 9 K

Neste caso, quando P= 100W/cm3, n» 3×10 15 núcleos/cm 3 e uma pressão de aproximadamente 100 MPa, o tempo de retenção necessário será superior a 1 s. Observe que essas densidades são apenas 0,0001 da densidade do ar atmosférico, portanto a câmara do reator deve ser evacuada para um alto vácuo.

As estimativas acima de tempo de confinamento, temperatura e densidade são parâmetros mínimos típicos necessários para a operação de um reator de fusão e são mais facilmente alcançados no caso de uma mistura de deutério-trítio. Quanto às reações termonucleares que ocorrem durante a explosão de uma bomba de hidrogênio e nas entranhas das estrelas, deve-se ter em mente que, devido a condições completamente diferentes, no primeiro caso ocorrem muito rapidamente, e no segundo - extremamente lentamente em comparação para processos em um reator termonuclear.

Plasma.

Quando um gás é fortemente aquecido, seus átomos perdem alguns ou todos os seus elétrons, resultando na formação de partículas carregadas positivamente chamadas íons e elétrons livres. Em temperaturas acima de um milhão de graus, um gás constituído por elementos leves é completamente ionizado, ou seja, cada um de seus átomos perde todos os seus elétrons. O gás em estado ionizado é denominado plasma (o termo foi introduzido por I. Langmuir). As propriedades do plasma diferem significativamente das propriedades do gás neutro. Como o plasma contém elétrons livres, o plasma conduz eletricidade muito bem e sua condutividade é proporcional a T 3/2. O plasma pode ser aquecido passando uma corrente elétrica através dele. A condutividade do plasma de hidrogênio a 10 8 K é a mesma do cobre à temperatura ambiente. A condutividade térmica do plasma também é muito alta.

Para manter o plasma, por exemplo, a uma temperatura de 10 8 K, ele deve ser isolado termicamente de forma confiável. Em princípio, o plasma pode ser isolado das paredes da câmara colocando-o num forte campo magnético. Isto é garantido pelas forças que surgem quando as correntes interagem com o campo magnético no plasma.

Sob a influência de um campo magnético, íons e elétrons se movem em espirais ao longo de suas linhas de campo. A transição de uma linha de campo para outra é possível durante colisões de partículas e quando um campo elétrico transversal é aplicado. Na ausência de campos elétricos, o plasma rarefeito de alta temperatura, no qual as colisões são raras, só se difundirá lentamente através das linhas do campo magnético. Se as linhas do campo magnético estiverem fechadas, dando-lhes a forma de um loop, as partículas de plasma se moverão ao longo dessas linhas, permanecendo na área do loop. Além dessa configuração magnética fechada para confinamento de plasma, foram propostos sistemas abertos (com linhas de campo estendendo-se para fora das extremidades da câmara), nos quais as partículas permanecem dentro da câmara devido a “tampões” magnéticos que limitam o movimento das partículas. Tampões magnéticos são criados nas extremidades da câmara, onde, como resultado de um aumento gradual na intensidade do campo, um feixe estreitado de linhas de campo é formado.

Na prática, o confinamento magnético de um plasma de densidade suficientemente alta provou estar longe de ser fácil: nele surgem frequentemente instabilidades magneto-hidrodinâmicas e cinéticas.

As instabilidades magnetohidrodinâmicas estão associadas a curvas e dobras nas linhas do campo magnético. Nesse caso, o plasma pode começar a se mover através do campo magnético na forma de aglomerados, em poucos milionésimos de segundo sairá da zona de confinamento e cederá calor às paredes da câmara. Tais instabilidades podem ser suprimidas dando ao campo magnético uma certa configuração.

As instabilidades cinéticas são muito diversas e têm sido estudadas com menos detalhes. Entre eles estão aqueles que perturbam processos ordenados, como, por exemplo, o fluxo de uma corrente elétrica direta ou um fluxo de partículas através do plasma. Outras instabilidades cinéticas causam uma taxa mais alta de difusão transversal de plasma em um campo magnético do que a prevista pela teoria da colisão para um plasma silencioso.

Sistemas com configuração magnética fechada.

Se um forte campo elétrico for aplicado a um gás condutor ionizado, uma corrente de descarga aparecerá nele, ao mesmo tempo em que aparecerá um campo magnético ao seu redor. A interação do campo magnético com a corrente levará ao aparecimento de forças compressivas atuando sobre as partículas carregadas do gás. Se a corrente flui ao longo do eixo do cordão condutor de plasma, então as forças radiais resultantes, como elásticos, comprimem o cordão, afastando a fronteira do plasma das paredes da câmara que o contém. Este fenômeno, teoricamente previsto por W. Bennett em 1934 e demonstrado experimentalmente pela primeira vez por A. Ware em 1951, é chamado de efeito pitada. O método de pinçamento é usado para conter plasma; Sua característica marcante é que o gás é aquecido a altas temperaturas pela própria corrente elétrica (aquecimento ôhmico). A simplicidade fundamental do método levou à sua utilização nas primeiras tentativas de contenção de plasma quente, e o estudo do simples efeito de pinça, apesar de ter sido posteriormente suplantado por métodos mais avançados, permitiu compreender melhor os problemas que os experimentadores ainda enfrentam hoje.

Além da difusão do plasma na direção radial, observa-se também a deriva longitudinal e sua saída pelas extremidades do cordão plasmático. Perdas nas extremidades podem ser eliminadas dando à câmara de plasma um formato de rosca (toro). Neste caso, obtém-se uma pinça toroidal.

Para a simples pinça descrita acima, um problema sério são as instabilidades magnetohidrodinâmicas inerentes. Se ocorrer uma pequena curvatura no filamento de plasma, a densidade das linhas do campo magnético no interior da curvatura aumenta (Fig. 1). As linhas do campo magnético, que se comportam como feixes resistindo à compressão, começarão a “inchar” rapidamente, de modo que a curvatura aumentará até que toda a estrutura do cordão de plasma seja destruída. Como resultado, o plasma entrará em contato com as paredes da câmara e esfriará. Para eliminar este fenômeno destrutivo, antes de passar a corrente axial principal, é criado na câmara um campo magnético longitudinal que, juntamente com um campo circular aplicado posteriormente, “endireita” a curvatura incipiente da coluna de plasma (Fig. 2). O princípio de estabilização de uma coluna de plasma por um campo axial é a base para dois projetos promissores de reatores termonucleares - um tokamak e um pitada com campo magnético invertido.

Configurações magnéticas abertas.

Retenção inercial.

Cálculos teóricos mostram que a fusão termonuclear é possível sem o uso de armadilhas magnéticas. Para fazer isso, um alvo especialmente preparado (uma bola de deutério com um raio de cerca de 1 mm) é rapidamente comprimido a densidades tão altas que a reação termonuclear tem tempo de ser concluída antes que o alvo combustível evapore. A compressão e o aquecimento a temperaturas termonucleares podem ser realizados com pulsos de laser ultrapotentes, irradiando uniforme e simultaneamente a bola de combustível de todos os lados (Fig. 4). Com a evaporação instantânea de suas camadas superficiais, as partículas que escapam adquirem velocidades muito altas e a bola fica sujeita a grandes forças de compressão. São semelhantes às forças reativas que impulsionam um foguete, com a única diferença de que aqui essas forças são direcionadas para dentro, em direção ao centro do alvo. Este método pode criar pressões da ordem de 10 11 MPa e densidades 10.000 vezes maiores que a densidade da água. Nessa densidade, quase toda a energia termonuclear será liberada na forma de uma pequena explosão em um tempo de aproximadamente 10–12 s. As microexplosões que ocorrem, cada uma das quais equivale a 1-2 kg de TNT, não causarão danos ao reator, e a implementação de uma sequência de tais microexplosões em intervalos curtos tornaria possível realizar quase contínuo produção de energia útil. Para o confinamento inercial, o desenho do alvo de combustível é muito importante. Um alvo em forma de esferas concêntricas feitas de materiais pesados ​​e leves permitirá a evaporação mais eficiente das partículas e, conseqüentemente, a maior compressão.

Os cálculos mostram que com energia de radiação laser da ordem de megajoule (10 6 J) e eficiência do laser de pelo menos 10%, a energia termonuclear produzida deve exceder a energia gasta no bombeamento do laser. Instalações de laser termonuclear estão disponíveis em laboratórios de pesquisa na Rússia, nos EUA, na Europa Ocidental e no Japão. A possibilidade de usar um feixe de íons pesados ​​em vez de um feixe de laser ou combinar tal feixe com um feixe de luz está sendo estudada atualmente. Graças à tecnologia moderna, este método de iniciar uma reação tem uma vantagem sobre o método laser, pois permite obter mais energia útil. A desvantagem é a dificuldade de focar o feixe no alvo.

UNIDADES COM FIXAÇÃO MAGNÉTICA

Métodos magnéticos de confinamento de plasma estão sendo estudados na Rússia, nos EUA, no Japão e em vários países europeus. A principal atenção é dada às instalações do tipo toroidal, como o tokamak e o pinça com campo magnético invertido, que surgiram a partir do desenvolvimento de pinças mais simples com campo magnético longitudinal estabilizador.

Para confinamento de plasma usando um campo magnético toroidal Bjé necessário criar condições sob as quais o plasma não se desloque em direção às paredes do toro. Isto é conseguido “torcendo” as linhas do campo magnético (a chamada “transformação rotacional”). Essa torção é feita de duas maneiras. No primeiro método, uma corrente passa através do plasma, levando à configuração do pinçamento estável já discutido. Campo magnético de corrente B qé – B q junto com B j cria um campo de resumo com a curvatura necessária. Se B j B q, a configuração resultante é conhecida como tokamak (abreviatura da expressão “CÂMARA TORIDAL COM BOBINAS MAGNÉTICAS”). O Tokamak (Fig. 5) foi desenvolvido sob a liderança de L.A. Artsimovich no Instituto de Energia Atômica que leva seu nome. I. V. Kurchatov em Moscou. No B j ~ B q obtemos uma configuração de pinça com campo magnético invertido.

No segundo método, enrolamentos helicoidais especiais em torno de uma câmara de plasma toroidal são usados ​​para garantir o equilíbrio do plasma confinado. As correntes nesses enrolamentos criam um campo magnético complexo, levando à torção das linhas de força do campo total dentro do toro. Tal instalação, chamada stellarator, foi desenvolvida na Universidade de Princeton (EUA) por L. Spitzer e seus colegas.

Tokamak.

Um parâmetro importante do qual depende o confinamento do plasma toroidal é a “margem de estabilidade” q, igual rB j/ R. B. q, onde R E R são os raios pequenos e grandes do plasma toroidal, respectivamente. Embaixo q Pode ocorrer instabilidade helicoidal - um análogo da instabilidade de flexão de uma pinça reta. Cientistas em Moscou demonstraram experimentalmente que quando q> 1 (ou seja, B j B q) a possibilidade de ocorrência de instabilidade do parafuso é bastante reduzida. Isso permite utilizar efetivamente o calor gerado pela corrente para aquecer o plasma. Como resultado de muitos anos de pesquisa, as características dos tokamaks melhoraram significativamente, principalmente devido ao aumento da uniformidade de campo e à limpeza eficaz da câmara de vácuo.

Os resultados encorajadores obtidos na Rússia estimularam a criação de tokamaks em muitos laboratórios ao redor do mundo, e sua configuração tornou-se objeto de intensa pesquisa.

O aquecimento ôhmico do plasma em um tokamak não é suficiente para realizar uma reação de fusão termonuclear. Isso se deve ao fato de que quando o plasma é aquecido, sua resistência elétrica diminui bastante e, como resultado, a geração de calor durante a passagem da corrente diminui drasticamente. É impossível aumentar a corrente em um tokamak acima de um certo limite, pois o cordão de plasma pode perder estabilidade e ser jogado nas paredes da câmara. Portanto, vários métodos adicionais são usados ​​para aquecer o plasma. Os mais eficazes deles são a injeção de feixes de átomos neutros de alta energia e a irradiação de microondas. No primeiro caso, os íons acelerados a energias de 50–200 keV são neutralizados (para evitar serem “refletidos” de volta pelo campo magnético quando introduzidos na câmara) e injetados no plasma. Aqui eles são ionizados novamente e no processo de colisões transferem sua energia para o plasma. No segundo caso, é utilizada radiação de micro-ondas, cuja frequência é igual à frequência do ciclotron do íon (a frequência de rotação dos íons em um campo magnético). Nesta frequência, o plasma denso se comporta como um corpo absolutamente negro, ou seja, absorve completamente a energia incidente. No tokamak JET da União Europeia, foi obtido plasma com temperatura iônica de 280 milhões de Kelvin e tempo de confinamento de 0,85 s por injeção de partículas neutras. A energia termonuclear atingindo 2 MW foi obtida usando plasma de deutério-trítio. A duração da manutenção da reação é limitada pelo aparecimento de impurezas devido à pulverização catódica das paredes da câmara: as impurezas penetram no plasma e, quando ionizadas, aumentam significativamente as perdas de energia por radiação. Atualmente, os trabalhos do programa JET estão centrados na investigação da possibilidade de controlar as impurezas e removê-las das chamadas. "desviador magnético".

Grandes tokamaks também foram criados nos EUA - TFTR, na Rússia - T15 e no Japão - JT60. A investigação realizada nestas e noutras instalações lançou as bases para uma nova fase de trabalho no domínio da fusão termonuclear controlada: está previsto o lançamento de um grande reactor para testes técnicos em 2010. Espera-se que este seja um esforço conjunto entre os Estados Unidos, a Rússia, a União Europeia e o Japão. Veja também TOKAMAK.

Pinça de campo invertido (FRP).

A configuração POP difere do tokamak porque B q~ B j, mas neste caso a direção do campo toroidal fora do plasma é oposta à sua direção dentro da coluna de plasma. J. Taylor mostrou que tal sistema está em um estado com energia mínima e, apesar q

A vantagem da configuração POP é que nela a relação entre as densidades de energia volumétrica do plasma e do campo magnético (valor b) é maior do que em um tokamak. É de fundamental importância que b seja o maior possível, pois isso reduzirá o campo toroidal e, portanto, reduzirá o custo das bobinas que o criam e de toda a estrutura de suporte. O ponto fraco do POP é que o isolamento térmico desses sistemas é pior que o dos tokamaks, e o problema de manutenção de um campo invertido não foi resolvido.

Estelarador.

Em um stellarator, um campo magnético toroidal fechado é sobreposto por um campo criado por um parafuso especial enrolado ao redor do corpo da câmera. O campo magnético total evita o desvio do plasma para longe do centro e suprime certos tipos de instabilidades magneto-hidrodinâmicas. O próprio plasma pode ser criado e aquecido por qualquer um dos métodos usados ​​em um tokamak.

A principal vantagem do stellarator é que o método de confinamento nele utilizado não está associado à presença de corrente no plasma (como nos tokamaks ou em instalações baseadas no efeito pitada) e, portanto, o stellarator pode operar em modo estacionário. Além disso, o enrolamento helicoidal pode ter um efeito “desviador”, ou seja, purificar o plasma de impurezas e remover produtos de reação.

O confinamento de plasma em stellarators foi extensivamente estudado em instalações na União Europeia, Rússia, Japão e EUA. No estelarador Wendelstein VII, na Alemanha, foi possível manter um plasma sem corrente com temperatura superior a 5x10 6 Kelvin, aquecendo-o pela injeção de um feixe atômico de alta energia.

Estudos teóricos e experimentais recentes mostraram que na maioria das instalações descritas, e especialmente em sistemas toroidais fechados, o tempo de confinamento do plasma pode ser aumentado aumentando as suas dimensões radiais e o campo magnético confinante. Por exemplo, para um tokamak calcula-se que o critério de Lawson será satisfeito (e mesmo com alguma margem) com uma intensidade de campo magnético de ~50 x 100 kG e um pequeno raio da câmara toroidal de aprox. 2 m. Estes são os parâmetros de instalação para 1000 MW de eletricidade.

Ao criar instalações tão grandes com confinamento de plasma magnético, surgem problemas tecnológicos completamente novos. Para criar um campo magnético da ordem de 50 kg em um volume de vários metros cúbicos usando bobinas de cobre resfriadas a água, será necessária uma fonte de eletricidade com capacidade de várias centenas de megawatts. Portanto, é óbvio que os enrolamentos da bobina devem ser feitos de materiais supercondutores, como ligas de nióbio com titânio ou estanho. A resistência desses materiais à corrente elétrica no estado supercondutor é zero e, portanto, uma quantidade mínima de eletricidade será consumida para manter o campo magnético.

Tecnologia de reatores.

Perspectivas para pesquisa termonuclear.

Experimentos realizados em instalações do tipo tokamak mostraram que este sistema é muito promissor como possível base para um reator CTS. Os melhores resultados até o momento foram obtidos com os tokamaks, e espera-se que, com um aumento correspondente na escala das instalações, seja possível implementar neles CTS industriais. No entanto, o tokamak não é suficientemente económico. Para eliminar esta desvantagem, é necessário que ele opere não em modo pulsado, como agora, mas em modo contínuo. Mas os aspectos físicos deste problema ainda não foram suficientemente estudados. É também necessário desenvolver meios técnicos que melhorem os parâmetros do plasma e eliminem as suas instabilidades. Diante de tudo isso, não devemos esquecer outras opções possíveis, embora menos desenvolvidas, de um reator termonuclear, por exemplo, um stellarator ou um pitada de campo reverso. O estado da pesquisa nesta área atingiu o estágio em que existem projetos conceituais de reatores para a maioria dos sistemas de confinamento magnético para plasmas de alta temperatura e para alguns sistemas de confinamento inercial. Um exemplo de desenvolvimento industrial de um tokamak é o projeto Aries (EUA).

Reação termonuclear- Esta é a reação de fusão de núcleos leves em núcleos mais pesados.

Para sua implementação, é necessário que os núcleons originais ou núcleos leves se aproximem de distâncias iguais ou inferiores ao raio da esfera de ação das forças de atração nuclear (ou seja, a distâncias de 10 -15 m). Esta aproximação mútua dos núcleos é impedida pelas forças repulsivas de Coulomb que atuam entre núcleos carregados positivamente. Para que ocorra uma reação de fusão, é necessário aquecer uma substância de alta densidade a temperaturas ultra-altas (da ordem de centenas de milhões de Kelvin) para que a energia cinética do movimento térmico dos núcleos seja suficiente para superar o Coulomb. forças repulsivas. Nessas temperaturas, a matéria existe na forma de plasma. Como a fusão só pode ocorrer em temperaturas muito altas, as reações de fusão nuclear são chamadas de reações termonucleares (do grego. termo"calor, calor").

As reações termonucleares liberam enorme energia. Por exemplo, na reação de síntese de deutério com a formação de hélio

\(~^2_1D + \ ^2_1D \to \ ^3_2He + \ ^1_0n\)

3,2 MeV de energia são liberados. Na reação de síntese de deutério com formação de trítio

\(~^2_1D + \ ^2_1D \to \ ^3_1T + \ ^1_1p\)

4,0 MeV de energia são liberados e na reação

\(~^2_1D + \ ^3_1T \to \ ^4_2He + \ ^1_0n\)

17,6 MeV de energia são liberados.

Arroz. 1. Esquema da reação deutério-trítio

Atualmente, uma reação termonuclear controlada é realizada pela síntese de deutério \(~^2H\) e trítio \(~^3H\). As reservas de deutério devem durar milhões de anos, e as reservas de lítio facilmente extraídas (para produzir trítio) são suficientes para suprir as necessidades durante centenas de anos.

No entanto, durante esta reação, a maior parte (mais de 80%) da energia cinética liberada vem do nêutron. Como resultado das colisões de fragmentos com outros átomos, essa energia é convertida em energia térmica. Além disso, os nêutrons rápidos criam uma quantidade significativa de resíduos radioativos.

Portanto, as mais promissoras são as reações “livres de nêutrons”, por exemplo, deutério + hélio-3.

\(~D + \ ^3He \to \ ^4He + p\)

Esta reação não tem saída de nêutrons, o que remove uma parcela significativa da energia e gera radioatividade induzida no projeto do reator. Além disso, as reservas de hélio-3 na Terra variam de 500 kg a 1 tonelada, mas na Lua é encontrado em quantidades significativas: até 10 milhões de toneladas (de acordo com estimativas mínimas - 500 mil toneladas). Ao mesmo tempo, pode ser facilmente produzido na Terra a partir do lítio-6, que é amplamente difundido na natureza, utilizando reatores de fissão nuclear existentes.

Armas termonucleares

Na Terra, a primeira reação termonuclear foi realizada durante a explosão de uma bomba de hidrogênio em 12 de agosto de 1953 no local de testes de Semipalatinsk. “Seu pai” era o acadêmico Andrei Dmitrievich Sakharov, que recebeu três vezes o título de Herói do Trabalho Socialista pelo desenvolvimento de armas termonucleares. A alta temperatura necessária para o início de uma reação termonuclear em uma bomba de hidrogênio foi obtida a partir da explosão da bomba atômica incluída em sua composição, que desempenhava o papel de detonador. As reações termonucleares que ocorrem durante as explosões da bomba de hidrogênio são incontroláveis.

Arroz. 2. Bomba de hidrogênio

Veja também

Reações termonucleares controladas

Se em condições terrestres fosse possível realizar reações termonucleares facilmente controladas, a humanidade receberia uma fonte de energia praticamente inesgotável, já que as reservas de hidrogênio na Terra são enormes. No entanto, grandes dificuldades técnicas impedem a implementação de reações termonucleares controladas energeticamente favoráveis. Em primeiro lugar, é necessário criar temperaturas da ordem de 10 8 K. Essas temperaturas ultra-altas podem ser obtidas criando descargas elétricas de alta potência no plasma.

Tokamak

Este método é utilizado em instalações do tipo “Tokamak” (CÂMARA TO-riodal com Bobinas Magnéticas), criadas inicialmente no Instituto de Energia Atômica que leva seu nome. I.V.Kurchatova. Nessas instalações, o plasma é criado em uma câmara toroidal, que é o enrolamento secundário de um poderoso transformador de pulso. Seu enrolamento primário está conectado a um banco de capacitores de grande capacidade. A câmara está cheia de deutério. Quando uma bateria de capacitores é descarregada através do enrolamento primário em uma câmara toroidal, um campo elétrico de vórtice é excitado, causando a ionização do deutério e o aparecimento de um poderoso pulso de corrente elétrica nele, o que leva a um forte aquecimento do gás e do formação de plasma de alta temperatura no qual pode ocorrer uma reação termonuclear.

Arroz. 3. Diagrama esquemático da operação do reator

A principal dificuldade é manter o plasma dentro da câmara por 0,1-1 s sem seu contato com as paredes da câmara, uma vez que não existem materiais que suportem temperaturas tão altas. Esta dificuldade pode ser parcialmente superada com a ajuda de um campo magnético toroidal no qual a câmera está localizada. Sob a influência de forças magnéticas, o plasma é torcido em um cordão e, por assim dizer, “pendurado” nas linhas de indução do campo magnético, sem tocar nas paredes da câmara.

O início da era moderna no estudo das possibilidades de fusão termonuclear deve ser considerado em 1969, quando uma temperatura de 3 M°C foi atingida em um plasma com volume de cerca de 1 m 3 na instalação russa Tokamak T3. Depois disso, cientistas de todo o mundo reconheceram o projeto do tokamak como o mais promissor para o confinamento de plasma magnético. Dentro de alguns anos, foi tomada uma decisão ousada de criar uma instalação JET (Joint European Torus) com um volume de plasma significativamente maior (100 m 3). O ciclo de operação da unidade é de aproximadamente 1 minuto, pois suas bobinas toroidais são feitas de cobre e aquecem rapidamente. Esta instalação começou a operar em 1983 e continua sendo o maior tokamak do mundo, fornecendo aquecimento de plasma a uma temperatura de 150°C.

Arroz. 4. Projeto do reator JET

Em 2006, representantes da Rússia, Coreia do Sul, China, Japão, Índia, União Europeia e Estados Unidos assinaram um acordo em Paris para iniciar os trabalhos de construção do primeiro Reator Experimental Tokamak Internacional (ITER). As bobinas magnéticas do reator ITER serão baseadas em materiais supercondutores (que, em princípio, permitem operação contínua enquanto a corrente for mantida no plasma), portanto os projetistas esperam fornecer um ciclo de trabalho garantido de pelo menos 10 minutos.

Arroz. 5. Projeto do reator ITER.

O reator será construído próximo à cidade de Cadarache, localizada a 60 quilômetros de Marselha, no sul da França. As obras de preparação do canteiro de obras começarão na próxima primavera. A construção do reator propriamente dito está prevista para começar em 2009.

A construção durará dez anos e as obras do reator deverão durar vinte anos. O custo total do projeto é de aproximadamente US$ 10 bilhões. Quarenta por cento dos custos serão suportados pela União Europeia, sessenta por cento serão partilhados em partes iguais pelos outros participantes do projecto.

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2. Nova instalação para lançamento de fusão termonuclear: 25/01/2010

Fusão a laser (LSF)

Outra forma de atingir esse objetivo é a fusão termonuclear a laser. A essência deste método é a seguinte. Uma mistura congelada de deutério e trítio, preparada na forma de bolas com diâmetro inferior a 1 mm, é irradiada uniformemente de todos os lados com poderosa radiação laser. Isso leva ao aquecimento e à evaporação da substância da superfície das bolas. Neste caso, a pressão no interior das bolas aumenta para valores da ordem de 10 15 Pa. Sob a influência dessa pressão, ocorre aumento da densidade e forte aquecimento da substância na parte central das bolas e inicia-se uma reação termonuclear.

Em contraste com o confinamento de plasma magnético, no confinamento a laser o tempo de confinamento (ou seja, o tempo de vida de um plasma com alta densidade e temperatura, que determina a duração das reações termonucleares) é de 10–10 - 10–11 s, então o LTS só pode ser realizado em modo pulsado. A proposta de utilização de lasers para fusão termonuclear foi feita pela primeira vez no Instituto de Física. P. N. Lebedev da Academia de Ciências da URSS em 1961 por N. G. Basov e O. N. Krokhin.

No Laboratório Nacional Lawrence Livermore, na Califórnia, foi concluída a construção do complexo de laser mais poderoso do mundo (maio de 2009). Foi chamado de Instalação Nacional de Ignição dos EUA (NIF). A construção durou 12 anos. US$ 3,5 bilhões foram gastos no complexo de laser.

Arroz. 7. Diagrama esquemático do ULS

O NIF é baseado em 192 lasers poderosos, que serão direcionados simultaneamente a um alvo esférico milimétrico (cerca de 150 microgramas de combustível termonuclear - uma mistura de deutério e trítio; no futuro, o trítio radioativo pode ser substituído por um isótopo leve de hélio-3 ). Como resultado, a temperatura do alvo atingirá 100 milhões de graus, enquanto a pressão dentro da bola será 100 bilhões de vezes maior que a pressão da atmosfera terrestre.

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1. Fusão termonuclear controlada: TOKAMAKI versus fusão a laser 16/05/2009

Vantagens da síntese

Os defensores do uso de reatores de fusão para produzir eletricidade citam os seguintes argumentos a seu favor:

• reservas praticamente inesgotáveis ​​de combustível (hidrogênio). Por exemplo, a quantidade de carvão necessária para operar uma usina termelétrica com capacidade de 1 GW é de 10.000 toneladas por dia (dez vagões), e uma usina termonuclear da mesma potência consumirá apenas cerca de 1 quilograma da mistura por dia. D + T . Um lago de tamanho médio pode fornecer energia a qualquer país por centenas de anos. Isto torna impossível para um ou um grupo de países monopolizar o combustível;
• ausência de produtos de combustão;
• não há necessidade de utilizar materiais que possam ser utilizados para produzir armas nucleares, eliminando assim casos de sabotagem e terrorismo;
• em comparação com os reatores nucleares, é produzida uma pequena quantidade de resíduos radioativos com meia-vida curta;
• a reação de fusão não produz emissões atmosféricas de dióxido de carbono, que é um dos principais contribuintes para o aquecimento global.

Por que a criação de instalações termonucleares demorou tanto?

1. Durante muito tempo acreditou-se que o problema da utilização prática da energia de fusão termonuclear não exigia decisões e ações urgentes, pois na década de 80 do século passado as fontes de combustíveis fósseis pareciam inesgotáveis, e os problemas ambientais e as alterações climáticas não preocupava o público. Com base nas estimativas do Serviço Geológico dos EUA (2009), o crescimento da produção mundial de petróleo continuará durante não mais do que os próximos 20 anos (outros especialistas prevêem que o pico de produção será alcançado dentro de 5 a 10 anos), após os quais o volume de o petróleo produzido começará a diminuir a uma taxa de cerca de 3% ao ano. As perspectivas para a produção de gás natural não parecem muito melhores. Costuma-se dizer que teremos carvão suficiente para mais 200 anos, mas esta previsão baseia-se na manutenção do nível actual de produção e consumo. Entretanto, o consumo de carvão aumenta agora 4,5% ao ano, o que reduz imediatamente o período mencionado de 200 anos para apenas 50 anos! Pelo que foi dito, fica claro que devemos agora preparar-nos para o fim era do uso de combustíveis fósseis. 2. Uma instalação termonuclear não pode ser criada e demonstrada em dimensões pequenas. As capacidades e vantagens científicas e técnicas das instalações termonucleares só podem ser testadas e demonstradas em estações razoavelmente grandes, como o mencionado reactor ITER. A sociedade simplesmente não estava preparada para financiar projectos tão grandes até que houvesse confiança suficiente no sucesso.

A fusão termonuclear controlada é um processo físico interessante que (ainda em teoria) pode salvar o mundo da dependência energética de fontes de combustíveis fósseis. O processo é baseado na síntese de núcleos atômicos desde os mais leves até os mais pesados ​​com liberação de energia. Ao contrário de outro uso do átomo – liberando energia dele em reatores nucleares à medida que se decompõe – a fusão no papel praticamente não deixará subprodutos radioativos.

Os reatores de fusão imitam o processo nuclear dentro do Sol, esmagando átomos mais leves e transformando-os em átomos mais pesados, liberando enormes quantidades de energia ao longo do caminho. No Sol, esse processo é impulsionado pela gravidade. Na Terra, os engenheiros estão a tentar recriar as condições para a fusão nuclear utilizando temperaturas extremamente elevadas - da ordem dos 150 milhões de graus - mas estão a ter dificuldades em conter o plasma necessário para fundir os átomos.

Uma das soluções construídas é representada pelo ITER, anteriormente conhecido como Reator Termonuclear Experimental Internacional, que está em construção desde 2010 em Caradaches, França. As primeiras experiências, originalmente previstas para 2018, foram adiadas para 2025.

Há poucos dias informamos que o primeiro

É bem sabido que durante a fissão de núcleos atômicos pesados ​​durante reações nucleares, uma grande quantidade de energia é liberada. Porém, foi possível constatar que a fusão de núcleos leves libera uma quantidade ainda maior de energia. Tais reações foram chamadas de termonucleares.

A natureza das reações termonucleares

As reações termonucleares são reações de fusão de núcleos leves que ocorrem em altas temperaturas e liberam grandes quantidades de energia. A síntese de hélio a partir de hidrogênio ocorre em t = 108 ˚C. A síntese de um grama de hélio libera 4,2*1011 J. Essa energia equivale à energia liberada durante a fissão completa de 4 gramas de urânio ou na queima de 10 toneladas de óleo diesel. As reações termonucleares podem ser encontradas em estrelas, onde a temperatura e a pressão da substância criam condições adequadas para fusões.

A reação termonuclear de fusão do hélio envolve isótopos de hidrogênio: trítio e deutério:

(1^2)H+(1^3)H→(2^4)He+(0^1)n

Quando o deutério e o trítio se fundem em um núcleo de hélio, um nêutron e uma energia E = 17,6 MeV são liberados.

Condições para reações termonucleares

Para que ocorram reações termonucleares, certas condições são necessárias. É necessário aproximar os núcleos desses isótopos. Os núcleos dos átomos têm carga positiva e, portanto, quando se unem, as forças de Coulomb atuam, separando essas cargas.

Conseqüentemente, para que a fusão nuclear ocorra, as forças repulsivas devem ser superadas. Isto só é possível se os próprios núcleos tiverem energia muito elevada, principalmente energia cinética de movimento, isto é, quando a sua velocidade for suficientemente alta.

Os núcleos isotópicos só podem ter essa velocidade em temperaturas muito altas. É necessário dar às partículas velocidade suficiente para que possam se aproximar umas das outras a uma distância de ≈ 10 ^ -14 m. Nessa distância, as forças de atração nuclear começam a atuar.

Tal temperatura só pode ser alcançada pela explosão de uma bomba atômica. Ou seja, para produzir uma reação termonuclear é necessário primeiro produzir uma reação nuclear, e então a temperatura será suficiente para aproximar os núcleos dos isótopos de hidrogênio e realizar uma reação termonuclear. Esse processo foi implementado na bomba de hidrogênio, a mais poderosa já inventada pelo homem.

Reações termonucleares controladas

No entanto, hoje uma reação termonuclear descontrolada não é mais relevante. É necessário dominar uma reação termonuclear controlada para converter a energia resultante em energia elétrica. Mas há um problema. Ao atingir uma temperatura suficiente para que ocorra a reação de fusão dos núcleos leves, a substância deixa de ser não apenas sólida, líquida ou gasosa, mas vira plasma.

Ou seja, qualquer reator irá evaporar instantaneamente nessas temperaturas. Isto requer uma abordagem completamente diferente. Hoje é possível conter plasma em uma área limitada usando ímãs elétricos ultrapoderosos. Mas ainda não foi possível utilizar plenamente a energia obtida como resultado de uma reação termonuclear.

“Dissemos que colocaríamos o Sol em uma caixa. A ideia é ótima. Mas o problema é que não sabemos como criar esta caixa” - Pierre Gilles de Gennes, vencedor do Prémio Nobel de Física em 1991.

Embora existam alguns elementos pesados ​​necessários para reações nucleares na Terra e no espaço em geral, existem muitos elementos leves para reações termonucleares tanto na Terra como no espaço. Portanto, a ideia de usar a energia termonuclear em benefício da humanidade surgiu quase imediatamente com a compreensão dos processos que lhe estão subjacentes - isso prometia possibilidades verdadeiramente ilimitadas, uma vez que as reservas de combustível termonuclear na Terra deveriam ser suficientes para dezenas de milhares de Anos por vir.

Já em 1951, surgiram duas direções principais para o desenvolvimento de reatores termonucleares: Andrei Sakharov e Igor Tamm desenvolveram uma arquitetura tokamak em que a câmara de trabalho era um toro, enquanto Lyman Spitzer propôs uma arquitetura de design mais intrincado em forma que mais lembra um tira de Mobius invertida não uma, mas várias vezes.

A simplicidade do projeto fundamental do tokamak permitiu por muito tempo o desenvolvimento dessa direção, aumentando as características dos ímãs convencionais e supercondutores, bem como aumentando gradativamente o tamanho do reator. Mas com o aumento dos parâmetros do plasma, gradualmente começaram a aparecer problemas com seu comportamento instável, o que retardou o processo.

A complexidade do projeto do estelar levou completamente ao fato de que após os primeiros experimentos na década de 50, o desenvolvimento dessa direção parou por muito tempo. Ele recebeu uma nova vida recentemente com o advento dos modernos sistemas de projeto auxiliados por computador, que tornaram possível projetar o stellator Wendelstein 7-X com os parâmetros e precisão de projeto necessários para sua operação.

Física do processo e problemas na sua implementação

Os átomos de ferro têm uma energia de ligação máxima por núcleon - isto é, uma medida da energia que deve ser gasta para dividir um átomo em seus nêutrons e prótons constituintes, dividida pelo seu número total. Todos os átomos com massa menor e maior têm este indicador abaixo do ferro:

Neste caso, nas reações termonucleares de fusão de átomos leves até o ferro, a energia é liberada, e a massa do átomo resultante torna-se ligeiramente menor que a soma das massas dos átomos iniciais em uma quantidade que se correlaciona com a energia liberada de acordo com a fórmula E = mc² (o chamado defeito de massa). Da mesma forma, a energia é liberada durante as reações de fissão nuclear de átomos mais pesados ​​que o ferro.

Durante as reações de fusão atômica, uma enorme energia é liberada, mas para extrair essa energia, primeiro precisamos fazer um certo esforço para superar as forças repulsivas entre os núcleos atômicos que estão carregados positivamente (superar a barreira de Coulomb). Depois de conseguirmos aproximar um par de átomos até a distância necessária, entra em ação a interação nuclear forte, que liga nêutrons e prótons. Para cada tipo de combustível, a barreira de Coulomb para o início de uma reação é diferente, assim como a temperatura ótima de reação é diferente:

Nesse caso, as primeiras reações termonucleares dos átomos começam a ser registradas muito antes de a temperatura média da substância atingir essa barreira devido ao fato da energia cinética dos átomos estar sujeita à distribuição de Maxwell:

Mas a reação a uma temperatura relativamente baixa (da ordem de vários milhões de °C) prossegue extremamente lentamente. Então, digamos que no centro a temperatura atinja 14 milhões de °C, mas o poder específico da reação termonuclear em tais condições é de apenas 276,5 W/m³, e o Sol leva vários bilhões de anos para consumir completamente o seu combustível. Tais condições são inaceitáveis ​​para um reator termonuclear, uma vez que com um nível tão baixo de liberação de energia, inevitavelmente gastaremos mais no aquecimento e na compressão do combustível termonuclear do que receberemos em troca da reação.

À medida que a temperatura do combustível aumenta, uma proporção crescente de átomos passa a ter energia excedendo a barreira de Coulomb e a eficiência da reação aumenta, atingindo seu pico. Com um novo aumento na temperatura, a taxa de reação começa a cair novamente devido ao fato de que a energia cinética dos átomos se torna muito alta e eles “ultrapassam” uns aos outros, incapazes de serem mantidos juntos por uma forte interação nuclear.

Assim, a solução de como obter energia a partir de uma reação termonuclear controlada foi obtida com bastante rapidez, mas a implementação desta tarefa se arrastou por meio século e ainda não foi concluída. A razão para isto reside nas condições verdadeiramente insanas em que se revelou necessário colocar o combustível termonuclear - para um rendimento positivo da reacção, a sua temperatura tinha de ser de várias dezenas de milhões de °C.

Nenhuma parede poderia suportar fisicamente tal temperatura, mas este problema levou quase imediatamente à sua solução: uma vez que uma substância aquecida a tais temperaturas é um plasma quente (gás totalmente ionizado) que é carregado positivamente, a solução acabou por estar na superfície - bastava colocar esse plasma aquecido em um campo magnético forte, o que manteria o combustível termonuclear a uma distância segura das paredes.

Progressos na sua implementação

A pesquisa sobre este tópico está indo em várias direções ao mesmo tempo:

1. Ao usar ímãs supercondutores, os cientistas estão tentando reduzir a energia gasta na ignição e manutenção da reação;
2. com o auxílio de novas gerações de supercondutores, aumenta a indução do campo magnético no interior do reator, o que permite reter plasma com maiores densidades e temperaturas, o que aumenta a potência específica dos reatores por unidade de volume;
3. a investigação sobre plasma quente e os avanços na tecnologia informática estão a permitir um melhor controlo dos fluxos de plasma, aproximando assim os reactores de fusão dos seus limites teóricos de eficiência;
4. O progresso na área anterior também nos permite manter o plasma num estado estável por mais tempo, o que aumenta a eficiência do reator devido ao fato de não precisarmos reaquecer o plasma com tanta frequência.

Apesar de todas as dificuldades e problemas que enfrentam uma reação termonuclear controlada, esta história já se aproxima do fim. Na indústria energética, é habitual utilizar o indicador EROEI - retorno energético do investimento energético (a relação entre a energia despendida na produção de combustível e a quantidade de energia que dele obtemos) para calcular a eficiência do combustível. E embora o EROEI do carvão continue a crescer, este indicador do petróleo e do gás atingiu o seu pico em meados do século passado e está agora em queda constante devido ao facto de novos depósitos destes combustíveis estarem localizados em locais cada vez mais inacessíveis e em locais cada vez mais inacessíveis. maiores profundidades:

Ao mesmo tempo, também não podemos aumentar a produção de carvão porque a obtenção de energia a partir dele é um processo muito sujo e está literalmente a tirar a vida de pessoas que sofrem neste momento de várias doenças pulmonares. De uma forma ou de outra, estamos agora à beira do fim da era dos combustíveis fósseis - e não se trata de maquinações de ambientalistas, mas de cálculos económicos banais quando se olha para o futuro. Ao mesmo tempo, o EROI dos reatores termonucleares experimentais, que também surgiu em meados do século passado, cresceu de forma constante e em 2007 atingiu a barreira psicológica de um - ou seja, este ano pela primeira vez a humanidade conseguiu obter mais energia através de uma reação termonuclear do que gastou em sua implementação. E apesar de a implementação do reactor, as experiências com o mesmo e a produção da primeira central termonuclear de demonstração DEMO com base na experiência adquirida durante a implementação do ITER ainda levarão muito tempo. Não há mais dúvidas de que o nosso futuro reside em tais reatores.

Críticas à pesquisa

A principal crítica à investigação dos reactores de fusão é que a investigação prossegue de forma extremamente lenta. E é verdade: desde os primeiros experimentos até a produção de uma reação termonuclear de equilíbrio, levamos até 66 anos. Mas o cerne do problema aqui é que o financiamento para tal investigação nunca atingiu o nível exigido - aqui está um exemplo das estimativas da Administração de Investigação e Desenvolvimento Energético dos EUA sobre o nível de financiamento para o projecto do reactor de fusão e o momento da sua conclusão:

Como pode ser visto neste gráfico, é surpreendente não só que ainda não tenhamos reactores termonucleares comerciais que produzam electricidade, mas que tenhamos conseguido obter neste momento qualquer produção de energia positiva a partir de reactores experimentais.