Por Ricardo Normando Ferreira de Paula
A Lei de Coulomb e o Princípio de Du Fay impedem que duas partículas de mesma carga se aproximem. Qualquer pessoa, sem formação em Física ou afim, sabe que cargas de mesmo sinal se repelem. O quanto esta força atua está relacionado à carga e à extensão do raio das partículas que estão interagindo. Caso os núcleos conseguissem se aproximar o suficiente, prevalecendo a interação forte, ocorreria o fenômeno da fusão nuclear.
Ilustração do processo de fusão nuclear. Créditos: adison pangchai / Shutterstock.com
Diferentemente da fissão nuclear, que pode ou não ser controlada em reatores nucleares permitindo a obtenção de energia de forma útil à nossa vida, o controle de fusão nuclear continua sendo objeto de pesquisa.
Em linhas gerais, a fissão nuclear libera energia quando um núcleo pesado se separa em dois outros núcleos de massas aproximadamente iguais enquanto que na fusão, a energia provém da união de dois núcleos leves para formar um núcleo mais pesado.
Para gerar energia útil suficiente é preciso que seja produzido um grande número de fusões em intervalos de tempo muito curtos. Isso só é conseguido fornecendo uma quantidade de energia térmica tal que a agitação vença a barreira imposta pela Lei de Coulomb. Esse processo é chamado de Fusão Termonuclear. Para mensurar a energia produzida (energia que corresponde à velocidade mais provável das partículas) neste tipo de fenômeno, pode-se expressar esta energia em termos da constante de Boltzmann (κ) e da temperatura absoluta (T) através da seguinte relação:
E = κ . T
Explosão de bomba de hidrogênio.
Como, para conseguir a fusão, é preciso que sejam atingidas temperaturas altíssimas, os exemplos mais comuns de ocorrência deste tipo de fenômeno ocorrem espontaneamente no Sol (e em todas as outras estrelas) e a provocada na chamada bomba de hidrogênio. Vale salientar que na bomba de hidrogênio a fusão é provocada e não controlada. Nas estrelas, onde os núcleos de hidrogênio colidem sem cessar, a temperatura de fusão é da ordem de centenas de milhões de Kelvin. Na Terra, os cientistas tentam obrigar os átomos a se fundir em aparelhos caríssimos e gigantescos, que imitam as condições de temperatura e densidade do Sol.
Quatro principais motivos norteiam as pesquisas em fusão nuclear. O primeiro é a quantidade absurda de energia que ela produz – muito maior que a quantidade gerada na fissão. O segundo é que reatores de fusão seriam muito mais seguros que os de fissão, por usar menos combustível. O terceiro motivo é que esses reatores não trabalham com combustão, ou seja, não há poluição do ar, sendo assim, é uma forma de energia “limpa”. O quarto motivo: reatores de fusão produzem uma quantidade mínima de lixo nuclear, que diferentemente dos reatores de fissão atuais, seria facilmente descartado.
Conforme o que foi mencionado anteriormente, para se conseguir uma fusão nuclear, é necessária uma temperatura excessivamente alta. Por essa razão, em março de 1989, causou grande impacto a noticia da fusão a frio, supostamente conseguida pelos cientistas veiculada pela imprensa internacional Fleischmann e Pons, da Universidade de Utah. O experimento foi repetido por vários cientistas no mundo inteiro.
Alguns se manifestaram-se favoráveis enfocando uma possibilidade muito importante a ser considerada. Outros criticaram severamente os resultados deste experimento. Para saber mais, consultar: http://www.if.ufrj.br/teaching/radioatividade/fusbom.html
Reator de fusão nuclear.
Abingdon é uma minúscula cidade de aproximadamente 33000 habitantes, situada no sul da Inglaterra. A cidade é conhecida principalmente por seus edificios seculares, entre os quais uma abadia beneditina com mais de 1300 anos e a igreja de São Nicolau, que começou a ser construída em l180. Há cerca de quinze anos, porém, Abingdon começou a se tornar famosa por uma construção bem diferente: o tokamak do laboratório de pesquisas JET (Joint European Torus), reator que é um dos maiores e mais impressionantes aparelhos científicos já montados pelo homem. Uma caixa de aço e concreto, com 12 metros de altura, abriga no seu interior uma câmara magnética toroidal (forma de um anel oco ) - e pesa cerca de 30 000 toneladas .
A temperatura dele alcança mais do que quase 300 milhões de graus, vinte vezes a encontrada no centro do Sol. Sua missão: em um futuro próximo preparar o desenvolvimento tecnológico dos reatores de fusão nuclear.
Caso consiga-se viabilizar o reator de fusão nuclear, o deutério (isótopo do hidrogênio, também conhecido como "água pesada") que fosse extraído do mar constituirá uma fonte de energia que alimentaria a humanidade por centenas de anos, praticamente sem danos ambientais. Os produtos da fusão são Hélio e Hidrogênio. O que mostra a inexistência de elementos pesados ou radioativos.
Para ver os fenômenos de fusão e fissão nuclear em ação, assista:
Fonte:
http://super.abril.com.br/superarquivo/1989/conteudo_111722.shtml
OKUNO, E.; CALDAS, I. L.; SHOW, C.; Física para ciências biológicas e biomédicas. São Paulo. Harper & Row do Brasil. 1982.
RESNICK, R.; HALLIDAY, D.; WALKER, J. Fundamentos de Física. Ed. 8. LTC, Rio de Janeiro, 2009.
Texto originalmente publicado em https://www.infoescola.com/fisica/fusao-nuclear/