domingo, 21 de abril de 2019

Cientistas mais perto da fusão nuclear


Cientistas da Universidade de Washington (EUA) conseguiram chegar á fusão nuclear num dispositivo do tamanho de uma mesa.

Embora ainda haja um longo caminho a percorrer, devido ao seu potencial e versatilidade, a tecnologia merece mais estudos e investimento.
A fusão nuclear acontece quando dois ou mais núcleos de um elemento se fundem e formam outro elemento, libertando energia. Este é o processo que acontece no interior das estrelas, como sol, quando quatro núcleos de hidrogênio se fundem para formar um átomo de hélio.
Estabilizar o processo é complicado, no entanto, principalmente pela dificuldade em controlar o plasma superquente que mantém a reação.


Photo Capan/iStock

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Em laboratório, os cientistas usam potentíssimos campos magnéticos para essa tarefa. Reatores chamados de “tokamaks”, como o da China, agitam seu plasma extremamente quente de tal forma que geram seus próprios campos magnéticos internos, ajudando a conter o fluxo. Esta abordagem permite que o plasma aqueça o suficiente para libertar uma quantidade crítica de energia. Mas o que ganha ao gerar calor perde na estabilidade a longo prazo.
Já outro tipo de dispositivo, como o “stellerator” alemão chamado de Wendelstein 7-X, depende de campos magnéticos aplicados externamente. Isso contribui para um melhor controlo sobre o plasma, mas também torna mais difícil alcançar as temperaturas necessárias para a fusão ocorrer.






Ambas essas tecnologias estão fazendo fortes progressos rumo ao poder da fusão. Mas os dispositivos são muito grandes e necessitam de complexos eletrônicos delicados, o que torna improvável vermos esses dispositivos diminuir o tamanho para uma versão doméstica ou móvel em breve.
Os investigadores do novo estudo trabalharam numa forma inicial de confinar o plasma chamada de Z-pinch.
Nos primeiros dias da pesquisa de fusão, esse método um pouco mais simples era usado para “lançar” um jato de plasma através de um campo magnético. O dispositivo usa a orientação específica do campo magnético interno de um plasma para aplicar o que é conhecido como força de Lorentz ao fluxo de partículas, forçando-as a se unirem.


Z-pinch Photo Wikipedia 

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De certa forma, o dispositivo não é diferente de uma versão em miniatura de um tokamak. Como tal, sofre de problemas de estabilidade semelhantes que podem fazer com que o seu plasma colida nos lados do seu recipiente.
Os cientistas resolveram retornar a essa tecnologia para encontrar uma maneira de gerar energia sem a necessidade das máquinas e ímans complicados ao redor do dispositivo.
A abordagem alternativa criada pela equipe de Washington para estabilizar o plasma num Z-pinch não apenas funcionou, como foi eficientemente usada para gerar fusão.
Para evitar as distorções no plasma que fazem com que ele escape dos limites da sua gaiola magnética, a equipe gerenciou o fluxo das partículas no plasma aplicando dinâmica dos fluidos. Em específico, algo chamado fluxo axial de cisalhamento.




Os físicos contaram com simulações de computador para mostrar que o conceito era possível. Usando uma mistura de 20% de deutério e 80% de hidrogênio, a equipe conseguiu manter estável uma coluna de plasma de 50 centímetros de comprimento por tempo o suficiente para alcançar a fusão, evidenciada por uma emissão de neutrões, de apenas 5 microssegundos.
Mas a estabilidade foi 5.000 vezes maior do que os cientistas esperariam sem que seu método fosse utilizado, o que demonstra que o princípio está pronto para um estudo mais aprofundado.
Gerar energia de fusão limpa e abundante é um sonho da ciência.
Essa nova abordagem para uma forma menos complexa da tecnologia de plasma poderia ajudar a remover pelo menos alguns dos obstáculos, e até se tornar numa fonte mais barata e mais limpa de produzir energia.


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