Desenho ÁtomoOs assuntos atômicos estão cada vez mais frequentes no nosso dia a dia. Em telejornais, anunciando novas formas de energia ou, em ocasiões mais tristes, noticiando desastres com radiação. No médico, em exames como raio-x, quimioterapia e outros, temos também a presença do tema.

Mesmo quando não vemos, temos esse assunto pela frente, por exemplo, no fato de alguns alimentos de consumo humano, como carne e peixes, serem expostos à radiação para impedir que fungos ou bactérias estraguem-no.

Como já vimos, a ciência nuclear está em alta. Um dos campos dessa área é a fusão nuclear. Essa fusão acontece quando dois ou mais núcleos se unem, formando um outro núcleo mais pesado e, durante esse processo, se libera uma enorme quantidade de energia. É o processo que ocorre no Sol: uma grande bola de hidrogênio, atingindo grandes temperaturas e altas pressões, tem os átomos do hidrogênio constantemente em fusão. Com isso, são liberadas grandes quantidades de energia que chegam em forma de calor e luz para nós.

As primeiras pesquisas a respeito dessa forma de energia foram feitas após a Segunda Guerra Mundial. Após a bomba nuclear ter o efeito desejado pelos Estados Unidos, viu-se o poder que a manipulação de átomos poderia ter. A bomba nuclear funciona a partir da fissão nuclear, ou seja, a divisão do núcleo. Agora eles buscavam uma nova forma de produção de energia, a fusão nuclear, que, ao invés de dividir um núcleo, faz a união entre dois ou mais. Foi cogitada a construção de uma “superbomba” que funcionasse a partir da fusão. Essa bomba foi criada muitos anos depois, e ficou conhecida como bomba de hidrogênio.

Trazendo esse artifício para um fim mais próximo de nós, a fusão nuclear tem capacidade para ser uma ótima saída para o esgotamento de fontes de energia no planeta. Ela é capaz de produzir bem mais energia que o modelo atual de energia nuclear. Pode ser obtida através do hidrogênio contido na água do mar e ainda apresenta a vantagem de não produzir lixo atômico. Talvez o lado mais vantajoso de produção de energia a partir da fusão nuclear seja o fato de o risco de acontecer acidentes, como o corrido na cidade de Fukushima, no Japão, ser praticamente zero. Isso porque esse processo não acontece em cadeia. Portanto, se as condições necessárias para o seu acontecimento forem interrompidas, a fusão logo “freará” e não se espalhará pelo local.

O fator que “atrasa” o desenvolvimento dessa área é o alto custo que precisa ser investido para começar a produção desse tipo de energia. Entre pesquisas e fazer estruturas físicas para dominar a fusão nuclear, o valor a ser investido é gigantesco e, com isso, demora-se mais até conseguir iniciar os projetos que envolvem a fusão nuclear. No entanto, é válido investir muito agora, já que esse invertimento pode ficar ainda mais caro quando as outras fontes de energia, como petróleo, já estiverem esgotadas e não tivermos mais como sustentar nosso consumo energético.

Sendo assim, a fusão nuclear é um futuro que se faz cada vez mais presente e necessário. Não para fins bélicos, mas de forma a ajudar a produção de energia de forma limpa, explorando menos o meio ambiente. Além dessa aplicação, como já vimos, a fusões, fissões, núcleo e radioatividade já são elementos presentes no dia de pessoas comuns.

Conceito de Fusão Nuclear

A fusão nuclear é um fenômeno, conduzido artificialmente (exceto quando ocorre em estrelas) em que dois ou mais núcleos, em condições propícias, se juntam, formando um outro núcleo mais pesado e liberando grande quantidade de energia. É considerada, por muitos, dessa modalidade como uma forma limpa de produção, a mais segura que a atual produção nuclear de energia e renovável. O que dificulta sua produção são os altos gastos.

Com o nascimento e desenvolvimento da física nuclear, campo em que se trabalharia com alterações no núcleo dos átomos, vieram as possibilidades de fissão e fusão nuclear. A fissão é a prática em que, através de um bombardeamento num núcleo, o mesmo se dividisse, liberando grande energia. Prova dessa grande quantidade de energia liberada na fissão nuclear foi a bomba atômica, usada na Segunda Guerra Mundial. Além do uso bélico comprovado, mais tarde se começou a usar a fissão nuclear como forma de produção de energia (a energia nuclear que temos hoje). No entanto, a outra opção, a fusão nuclear, ainda não teve o mesmo grau de aplicação da fissão.

Na fusão nuclear, ocorre uma união em dois ou mais núcleos, formando um deles mais pesado e também liberando uma grande energia. As condições para que essa união aconteça não são fáceis de reproduzir: precisa-se de enormes temperaturas e pressão.

Foi considerada pela primeira vez pelo físico alemão Hans Albrecht Bethe, em seu artigo “ A produção de energia nas estrelas”. Nele, Bethe explicava que era possível, através da fusão nuclear, fazer a energia que estrelas usam para brilhar. De fato, as estrelas estão em constante processo de fusão nuclear, pelas suas altas temperaturas, e pela presença de hidrogênio, os átomos das partículas estão fazendo fusão e liberando a energia que as faz brilhar. O próprio Sol é um exemplo disso, sendo uma bola gigante de hidrogênio e alcançando altíssimas temperaturas, ele está em constante produção de fusão nuclear que, por sua vez, libera energia que chega até nós em forma de calor e luz.

Em princípio seu uso era seria para fins bélicos. Depois do ”sucesso” da bomba atômica, havia o projeto para fazer uma “superbomba”. Essa superbomba não usaria mais o processo de fissão nuclear, mas sim a fusão, que libera uma quantidade ainda maior de energia e , por consequência, seria mais destrutiva. No início das pesquisas, pelas dificuldades de produção da fusão, essa superbomba não foi produzida de imediato. No entanto, temos hoje a bomba de hidrogênio, que foi testada na prática pela primeira vez em 1952, pelos Estados Unidos. Nesse teste, a bomba à base da fusão nuclear mostrou ser até 750 mais potente que a bomba atômica. Proibida de ser usada em guerras, a bomba de hidrogênio tem sua a fusão do núcleo de seus núcleos a partir dos átomos de deutério e trítio (compostos mais leves de hidrogênio) para formação do núcleo de hélio-4 (átomo mais pesado que os que foram unidos).

Outro grande fim para a fusão nuclear é a produção de energia. A atual funciona também à base da fissão nuclear. Apesar de suas vantagens, esse tipo de produção de energia traz algumas preocupações, como por exemplo, o desastre nuclear ocorrido no Japão, na cidade de Fukushima ou no caso do vazamento em Chernobyl, na Ucrânia, em 1986. Além disso, o atual modo de produção de energia nuclear traz um problema ainda sem solução: o lixo radioativo.

Já a obtenção de energia por meio da fusão nuclear eliminaria esses dois problemas. A produção energética por meio da fusão produziria mais energia que o atual modo. Ela diminuiria drasticamente o risco de ocorrer um acidente nuclear pois, por necessitar de um “ambiente” específico para acontecer, uma falha ou imprevisto nesse processo “freia” o processo e logo, a radioatividade não será espalhada. A radiação dos detritos resultantes da produção de energia tem nível tóxico semelhante aos detritos da produção da energia elétrico, ou seja, esse lixo não seria prejudicial como o da fissão é.

Apesar de ter essas vantagens, tanto para a preservação ambiental como para a parte econômica, a produção de energia nuclear à base de fusão nuclear ainda não é possível. Os gastos são relativamente altos para a produção desse tipo de energia. No entanto, projetos como o ITER estão em busca da viabilidade dessa energia.

História da Fusão Nuclear

A fusão nuclear teve suas pesquisas iniciadas logo após o fim da Segunda Guerra Mundial. O contexto era a guerra fria. Sendo a fissão nuclear a “sensação do momento” já que tinha sido a explicação para a potente bomba nuclear lançada pelos Estados Unidos contra o Japão na Segunda Guerra Mundial, começaram a estudar para descobrir esse novo modo de liberação de energia. As pesquisas foram iniciadas em Los Alamos, território americano e os objetivos de descoberta nessa área eram exclusivamente bélicos. Talvez a principal motivação para a exploração dessa área tenha sido a intenção de construir uma “superbomba”: uma bomba ainda mais forte que a bomba atômica que funcionaria à base da fusão nuclear. 

Uma das principais dificuldades iniciais da pesquisa desse campo era que, para conseguir que dois núcleos podessem se chocar para formar um terceiro mais pesado, seriam necessárias altas temperaturas e uma enorme pressão. Essas condições necessitam de grande potencia para serem arranjadas, tanto que, no iniício, não era possível conceber que a energia produzida pela fusão nuclear fosse maior do que a energia gasta para possibilitar suas condições de acontecimento. Esse problema viria a ser resolvido com novas descobertas físicas, como a área de estudos da Física de plasmas e Física Nuclear.

Hans Albrecht Bethe, físico alemão, em março de 1939 publicou o artigo "A Produção de Energia nas Estrelas", propondo que, a partir da fusão nuclear,poderia se produzir a energia que as estrelas produzem para brilhar. Além de ganhar o prêmio Nobel de 1967 Bethe é considerado o primeiro a citar a ideia de fusão nuclear.

Nome importante para a Física, de uma modo geral, Enrico Ferir teve grandes contribuições também no campo da Física Nuclear. Professor da Universidade de Roma, Ferir deu declarações que, claramente, previa o nascimento desse campo de pesquisas na Física: "A única possibilidade de novas grandes descobertas da Física reside no fato de podermos modificar o núcleo interno do átomo. Este será um trabalho verdadeiramente digno da Física futura". Além disso, Ferir já previa outro fato que viria a acontecer posteriormente: o modo usado para atingir algum núcleo seria por meio de aceleração (através do alto calor e pressão) de partículas de forma a fazer com que as mesma possam colidir, liberando grande energia. Essas declarações, que representam o começo de seu trabalho com Física Nuclear e um princípio para que ocorresse a fusão e a fissão nuclear fazem parte de seu trabalho "Societã Italiana per il Progresso delle Scienze", em Florença, fato que ocorreu em 1929.

Em 1958, aconteceu a conferência “átomo da Paz”, realizada em Genebra. O evento motivou a troca de informações mundiais sobre as descobertas relativas à fusão nuclear. Isso era necessário porque, por ter grande valor militar, os estudos e descobertas relativos a esse assunto foram sempre tratados de forma secreta pelos países que avançam nas pesquisas. A Inglaterra e a União Soviética (essa última, sendo motivada pela Guerra Fria e por saber que os Estados Unidos estavam pesquisando sobre o assunto) já tinham avanços nessa área, por exemplo, a União Soviética, em 1951, que teve seu projeto “Tokamak, toroidalnya kamera magnetnaya katushka” (uma especie de câmera magnetizada em toroidal que poderia servir para fazer a fusão nuclear) e só viria a público em 1956.

O cenário atual das pesquisas relacionadas a fusão nuclear estão impulsionadas pelo desejo de mostrar que aplicação de fusão nuclear em bens pacíficos, como a produção limpa de energia, é viável e segura. . No entanto, o alto custo para tornar possível a aplicação dessa energia faz com que não haja muita rapidez para avanços reais.

Para comprovar a viabilidade da aplicação da fusão nuclear, tem-se o projeto “International Thermonuclear Experimental Reactor” (ITER), fundado em 1992. O projeto nasceu de uma parceria entre a União Europeia, Estados Unidos, Japão e Rússia e hoje conta com mais participantes: China, Índia, Coreia do Sul, Reino Unido, França e Suíça. Funciona sob o patrocínio a Agência Internacional de Energia Atômica (IAEA). O ITER consiste numa usina de energia nuclear à base de fusão nuclear. Em 1998, foi entregue um projeto para a construção do complexo responsável pela produção de energia e seu orçamento inicial foi de, aproximadamente, 6 bilhões de dólares. O alto valor para construção desanimou seus integrantes, especialmente os Estados Unidos, que se retiraram do projeto. Em fevereiro de 2000, foi apresentado outro desenho de construção, mas com fins mais acadêmicos do que propriamente de produção energética, provavelmente, para demonstrar que a aplicação viável da fusão nuclear é possível. Em fevereiro de 2003, os Estados Unidos voltaram a participar do projeto.

O atual projeto de construção da usina tem valor estimado de 13 bilhões de dólares e será construído em Cadarache, França, e tem previsão de começar sua produção em 2016.

Fusão a Frio

FusãoA fusão a frio foi uma proposta de um modo diferente para fazer a fusão nuclear. Enquanto o modo convencional requer grandes pressões e temperaturas, a fusão a frio, como o próprio nome diz, propõe fazer a fusão nuclear em baixas temperaturas. Foi inicialmente desprezada pela comunidade científica, mas recentemente tem ganhando força por meio de pesquisas sobre o tema. Os pioneiros sobre essa ideia de fusão a frio são Stanley Pons e Martin Fleischmann.

Stanley Pons e Martin Fleischamnn, em 1989, disseram ter conseguido fazer o processo de fusão nuclear em temperatura ambiente, usando um dispositivo de baixo uso e menos que uma mesa. Por todos os princípios que essa ideia contrariava e também por ser difícil acreditar na facilidade com que se resolveria um problema que vários cientistas buscam, a ideia foi recebida com desconfiança pelos cientistas. Posteriormente, outros pesquisadores tentaram repetir o feito, mas não obtiveram sucesso e, com isso, a pesquisa caiu em descrédito. Pons e Fleischmann foram muito criticados a ponto de fecharem o laboratório em que trabalhavam, se mudaram de país e hoje não participam mais do mundo científico.

A possibilidade de fazer a tal fusão a frio parte do argumento que, segundo os pesquisadores, algumas bactérias realizam internamente essa junção. Ainda não há um consenso sobre a possibilidade, ou não, do poder da fusão nuclear a baixas temperaturas, mas as pesquisas avançam e existe sempre a possibilidade de Pons e Fleischamnn estarem certo.

O que se observou no experimento dos pesquisadores foi a captação de uma energia. Então, eles logo constaram que aquele tipo de reação só poderia vir de uma fusão.

Assim como o experimento de Pons, outras pesquisas atuais de fusão a frio são difíceis de ser analisadas na forma de um todo, isso porque os métodos de pesquisa a respeito desse assunto variam muito. São usadas diferentes formas para se chegar ao resultado esperado: conseguir realizar a fusão nuclear sem necessitar de alta pressão e temperatura.

A constante busca por formas de produção de energia à base da fusão nuclear se baseia no fato de que a expectativa de consumos energéticos só tende a crescer nos próximos anos. Com o esgotamento dos combustíveis fósseis e a degradação do meio ambiente, busca-se criar uma forma de abastecer nosso consumo energético, resistir à falta de recursos naturais e preservar o planeta, o que a energia nuclear faria por suas características limpas e renováveis.

Textos produzidos por Guilherme Carvalho

Revisados por Cristiana Chieffi