Funcionamento das usinas de fusão nuclear e seu potencial para transformar a indústria energética
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Funcionamento das usinas de fusão nuclear e seu potencial para transformar a indústria energética

As usinas nucleares atuais operam com base na fissão nuclear, um processo que envolve a divisão de átomos de urânio ou outro material radioativo para gerar calor. Esse calor transforma a água em vapor, que aciona turbinas e produz eletricidade. No entanto, cientistas globalmente buscam desenvolver usinas baseadas na fusão nuclear, um mecanismo similar ao usado em armas nucleares e no Sol, visando diminuir a quantidade de resíduos radioativos gerados pelo setor industrial.

Gustavo Canal, professor do Instituto de Física (IF) da USP e responsável pelo Programa Nacional de Fusão Nuclear (PNFN), detalha as distinções entre os dois tipos de usinas. Ele explica que as usinas comerciais utilizam fissão, onde um núcleo pesado, como o urânio, é atingido por um nêutron, causando sua desestabilização e fragmentação, o que libera energia. O desafio reside em conter os fragmentos resultantes, pois eles são radioativos e podem causar danos ambientais futuros.

Em contraste, na fusão, em vez de quebrar um núcleo, utiliza-se um núcleo leve, como deutério e trítio, que são fundidos. Este processo gera um núcleo de hélio, que não apresenta problemas de radiação, além de um nêutron. Canal aponta que a maior parte da energia (cerca de 80%) é liberada pelo nêutron, e a energia total da fusão é dez vezes superior à obtida pela fissão.

Os deutério e trítio, frequentemente empregados em testes de fusão nuclear, são classificados como «hidrogenóides», que são átomos compostos por um núcleo, um único elétron e núcleos leves.

Segundo o professor, a pesquisa em fusão nuclear exige um consumo energético muito elevado, o que impede sua aplicação comercial em grande escala atualmente. Para iniciar a reação de fusão, é necessário aquecer um gás a impressionantes 150 milhões de graus Celsius, fazendo com que ele atinja o estado de plasma. Nessa condição, o gás deve ser mantido quente, consumindo energia, até que a altíssima temperatura — dez vezes mais quente que o centro do Sol — permita o início das reações de fusão.

No tokamak JET, na Inglaterra, o avanço mais significativo alcançado foi de 70% de eficiência na produção de energia em comparação com a energia gasta para manter o plasma aquecido. Outra abordagem para induzir reações de fusão é através da criação de plasma de alta temperatura utilizando lasers de potência elevada. Um reator está em construção na França, sob o consórcio internacional ITER, projetado para gerar dez vezes mais energia do que a consumida. Este equipamento requer a injeção de 50MW (megawatts) de potência para aquecer o plasma, sendo este aporte considerado um investimento essencial para obter rendimento.

Thiago Mastrangelo, professor do Centro de Energia Nuclear na Agricultura (CENA) da USP de Piracicaba, afirma que a energia de fusão nuclear é confiável e potencialmente mais segura que a fissão usada em usinas convencionais. Teoricamente, as usinas de fusão seriam mais seguras; em uma usina de fissão convencional, falhas no resfriamento podem levar à fusão e derretimento do combustível nuclear, podendo resultar em explosões como as vistas em Chernobyl, liberando diversos radioisótopos na água, ar e vapor, como ocorreu em Fukushima.

Mastrangelo esclarece que, embora o reator de fusão apresente riscos relacionados a altas temperaturas e campos magnéticos, estes não são do tipo catastrófico encontrado nos reatores convencionais. O principal subproduto da fusão é o hélio, um gás inerte. Contudo, devido à circulação de nêutrons, pode haver ativação de outros materiais, gerando alguns elementos radioativos, mas em uma escala muito menor que a observada em um reator de fissão tradicional.

Além da geração de eletricidade, Mastrangelo indica que a tecnologia de fusão nuclear pode ser aplicada em outras esferas sociais, como na indústria e na saúde. Embora o foco primário seja a eletricidade, o calor gerado pode ser aproveitado para produzir hidrogênio ou para dessalinizar água. Adicionalmente, os nêutrons do reator de fusão podem ser usados para fabricar radioisótopos destinados à medicina ou para criar ímãs supercondutores aplicáveis em equipamentos de ressonância magnética.

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Representante da Agência Atômica do Irã declara que a indústria nuclear do país atingiu maturidade total

De acordo com um representante da Agência Atômica do Irã (AEOI), a indústria nuclear do Irã alcançou maturidade total, pois o país conseguiu garantir a autossuficiência na construção de usinas nucleares.

Behrouz Kamelvandi, que também ocupa o cargo de vice-diretor da AEOI para assuntos internacionais, legais e parlamentares, fez essas declarações durante uma entrevista para a Agência de Notícias Estatal Iraniana (IRNN) na quarta-feira. Ele discutiu a crescente importância da energia nuclear e o papel das tecnologias nucleares avançadas na satisfação da crescente demanda global por eletricidade.

Comentando a participação da delegação iraniana na Sexta Conferência Ministerial de Energia Nuclear na Coreia do Sul, Kamelvandi observou que as tecnologias nucleares abrangem aplicações tanto energéticas quanto não energéticas, sendo esta última composta por medicina nuclear, agricultura e diversas áreas industriais.

Ele enfatizou que a produção de energia nuclear está ganhando cada vez mais importância em meio ao agravamento dos problemas ambientais e à busca global por fontes de energia mais limpas e confiáveis. Kamelvandi afirmou que a maior atenção à energia nuclear nos últimos anos está parcialmente ligada aos desafios ambientais globais, que se tornaram um problema sério para a comunidade internacional e ainda mais sublinham a necessidade de transição para a energia nuclear.

Kamelvandi também apontou o rápido progresso em inteligência artificial, tecnologias digitais e veículos elétricos como fatores chave que contribuem para o aumento do consumo mundial de eletricidade. Segundo ele, à medida que essas tecnologias se tornam mais comuns, a expansão da produção de energia nuclear torna-se uma condição necessária para os países que buscam satisfazer suas crescentes necessidades energéticas mantendo um fornecimento de energia estável.

A energia nuclear fornece carga base confiável

O representante da AEOI explicou que as usinas nucleares produzem carga base, ou seja, são capazes de fornecer suprimento de energia estável e contínuo para cobrir a demanda principal. Diferentemente da energia eólica e solar, cuja geração depende das condições climáticas, intensidade da luz solar e velocidade do vento, as usinas nucleares podem operar continuamente por longos períodos, desde que os requisitos de manutenção e operação sejam cumpridos.

Esse nível de confiabilidade, segundo Kamelvandi, fortalece a importância da energia nuclear nos sistemas energéticos nacionais, especialmente com o aumento da demanda devido ao desenvolvimento de tecnologias avançadas e eletrificação.

Comentando as capacidades tecnológicas do Irã, Kamelvandi observou que seus cerca de 14 anos de trabalho contínuo na AEOI lhe deram uma clara visão do progresso do país no desenvolvimento de sua indústria nuclear. Ele declarou com confiança: "Considerando minha experiência de trabalho na Agência Atômica do Irã por aproximadamente 14 anos, posso dizer com certeza que a indústria nuclear do país atingiu maturidade total e agora alcançamos a autossuficiência na construção de usinas nucleares".

Suas declarações destacam o foco do Irã no desenvolvimento de experiência interna e capacidades tecnológicas em todo o seu setor nuclear, incluindo a construção de instalações de geração de energia. O Irã desenvolve tecnologias nucleares tanto para geração de eletricidade quanto para necessidades não energéticas, como medicina, agricultura e indústria, enfatizando o papel das capacidades científicas e de engenharia domésticas no avanço de seu programa nuclear. Os comentários de Kamelvandi também refletem um debate mais amplo sobre a contribuição da energia nuclear para a segurança energética, a geração confiável de eletricidade e os esforços para resolver problemas ambientais em meio ao crescimento contínuo da demanda mundial por energia.

Partículas de Chernobyl preservam combustível nuclear 40 anos após o acidente
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Partículas de Chernobyl preservam combustível nuclear 40 anos após o acidente

Quatro décadas após o desastre nuclear em Chernobyl, partículas microscópicas expelidas pelo reator destruído continuam a preservar uma parte significativa da estrutura original do combustível nuclear. Esta descoberta surpreendeu pesquisadores da Universidade Leibniz de Hanôver, na Alemanha, que encontraram uma estabilidade química mais alta do que o esperado em seis fragmentos radioativos.

Os resultados obtidos podem ajudar a entender como os resíduos do desastre se transformam ao longo do tempo e avaliar os riscos ambientais associados à contaminação radioativa. No entanto, a descoberta não significa que a região esteja segura; o material permanece perigoso, e os cientistas enfatizam a necessidade de estudos mais abrangentes, de acordo com informações do portal Science Alert.

As partículas analisadas têm um tamanho de 8 a 50 micrômetros e foram coletadas em dois locais na Zona de Exclusão de Chernobyl, na Ucrânia. Os pesquisadores dividiram os fragmentos em três categorias dependendo das mudanças causadas pelo acidente de 1986 e pelas condições extremas dentro do reator.

O primeiro grupo inclui partículas que permanecem quimicamente e fisicamente semelhantes ao combustível nuclear original, composto por dióxido de urânio. A segunda categoria consiste em fragmentos parcialmente ou totalmente cobertos por uma camada protetora de zircônio, ou fundidos com ele devido às altas temperaturas durante o desastre. A terceira classe surgiu como resultado da combustão do grafite usado como moderador do reator. Este incêndio durou dez dias e contribuiu para a oxidação do combustível, formando vários compostos de urânio.

Essas diferenças na composição química podem influenciar a taxa de degradação de cada tipo de partícula no meio ambiente. Para estudar o estado dos fragmentos após quatro décadas, os cientistas aplicaram difração de raios X — um método que permite estudar a estrutura cristalina do material através de sua interação com a radiação.

O procedimento exigiu a rotação de cada partícula dentro de um feixe concentrado de radiação de raios X na área de 100 micrômetros, o que corresponde aproximadamente à espessura de um fio de cabelo. Os pesquisadores realizaram medições em 2000 ângulos diferentes para registrar reflexões e reconstruir a estrutura interna dos fragmentos.

A análise mostrou que a estrutura cristalina responsável pela preservação do combustível nuclear permaneceu praticamente inalterada nas amostras estudadas. Isso indica que essas partículas são quimicamente mais estáveis do que os cientistas previam e podem servir como reservatórios permanentes de material radioativo.

Esta característica pode ter um aspecto ecológico positivo: como parte dos produtos radioativos permanece contida na estrutura dos fragmentos, seu liberação no solo e outros componentes ambientais pode ocorrer mais lentamente do que se pensava anteriormente. No entanto, a estabilidade observada não elimina o perigo. O material radioativo ainda está presente e pode permanecer no meio ambiente por décadas. Se as partículas forem levantadas pelo vento, erosão ou animais, elas podem ser inaladas, o que representa uma séria ameaça à saúde.

Além disso, os resultados baseiam-se apenas em seis fragmentos obtidos de dois locais. Como cada partícula tem suas particularidades, a amostra é muito pequena para formular conclusões gerais sobre o comportamento de todos os resíduos radioativos dispersos na região. Na opinião dos pesquisadores, mesmo futuras pesquisas que revelem padrões médios de degradação não permitirão prever o comportamento de todos os fragmentos, pois algumas partículas podem ser mais resistentes e liberar radionuclídeos mais tarde.

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