Condições necessárias à obtenção de energia na Fusão Nuclear

Para garantir a rentabilidade energética do processo de fusão nuclear é preciso que além da temperatura elevada, o plasma esteja confinado o tempo necessário para garantir que o conjunto de partículas carregadas sofra um número suficiente de reacções de fusão. Pode-se definir um tempo de confinamento de energia, π, como o tempo que o plasma quente leva a perder a sua energia (por radiação, convecção e condução), quando se cortam bruscamente as suas fontes de aquecimento. O tempo π caracteriza, de certa forma, o isolamento térmico do plasma.
Para garantir esta rentabilidade, é ainda necessário que a energia produzida pelas reacções de fusão exceda largamente as perdas térmicas do plasma.
Esta condição impõe um limite inferior ao produto da densidade (ne) pelo tempo de confinamento de energia (π), dado pelo critério de Lawson:

ne. π > f (Q), em que Q, factor de amplificação de energia, é a relação entre a potência de fusão produzida e a potência de aquecimento exterior) fornecida ao plasma.

A igualdade Q = 1 significa que a potência gerada pelo plasma é igual à potência que lhe é fornecida do exterior. Este estado, conhecido por breakeven, é aproximado nos dispositivos experimentais actuais com melhor desempenho (Q = 0,6 no JET). O valor Q = ∞ significa que a potência exterior fornecida ao plasma é nula. Neste caso, o plasma é auto-sustentado e diz-se que se atingiu a “ignição”.
As condições imprescindíveis para que a fusão ocorra no Sol e nas outras estrelas são garantidas, naturalmente, por forças gravitacionais muito intensas (Fig. 4). Este confinamento gravítico não é possível na Terra. Embora existam duas vias alternativas para obter a fusão nos laboratórios: o confinamento magnético e o confinamento inercial.

Fig. 4 - Vários tipos de confinamento de um plasma de fusão.

Confinamento inercial: Consiste em conter a fusão mediante o impulso de partículas ou de raios laser projectados contra as partículas do combustível, que provocam sua ignição instantânea.

Confinamento magnético: Consiste em manter o material que irá fundir num campo magnético enquanto se tenta alcançar a temperatura e pressão necessárias. Uma forte corrente eléctrica passa através do hidrogénio para o aquecer e formar um plasma, enquanto um campo magnético comprime o plasma e o impede de tocar nas paredes. Mesmo que toque no recipiente, não existe perigo, já que só são aquecidas quantidades muito pequenas de hidrogénio; as paredes arrefecem simplesmente o plasma mais do que o plasma aquece as paredes.

Bibliografia:

• http://www.fisica.net/nuclear/fusao_nuclear_uma_opcao_energetica_para_o_futuro.pdf