Entenda como funciona a fusão nuclear e seu potencial na energia

Enquanto as usinas nucleares comerciais atuais operam por meio da fissão, cientistas globais buscam desenvolver um modelo baseado na fusão nuclear — reação idêntica àquela que ocorre no núcleo do Sol e em armamentos nucleares, capaz de diminuir drasticamente os resíduos radioativos da indústria.

Diferenças entre fissão e fusão

Gustavo Canal, professor do Instituto de Física (IF) da USP e autor do Programa Nacional de Fusão Nuclear (PNFN), detalha o funcionamento de cada método. “O que nós temos comercialmente são as usinas nucleares de fissão, que ocorre quando você pega um núcleo pesado — urânio, por exemplo — e você atira um nêutron dentro desse núcleo, e esse núcleo desestabiliza e fragmenta em pedaços menores, esse processo de fragmentação é que libera energia. Existe um problema que esses pedaços menores, que aparecem na fragmentação ou na fissão, também são radioativos, você precisa simplesmente encontrar um jeito de aprisionar esse material que vai sendo produzido para que ele não cause dano ao ambiente no futuro.”

Em contrapartida, o processo de fusão une núcleos leves. “Quando você funde um núcleo, ao invés de você quebrá-lo, você pega um núcleo leve, como, por exemplo, o deutério e o trítio, e a gente funde. Esse processo produz um núcleo de hélio, que não tem problema algum em termos de radiação. Além desse núcleo de hélio, é produzido também um nêutron, onde a maior parte da energia produzida — cerca de 80% da energia total — nesse processo de fusão se encontra. Se você somar a energia que está no nêutron, com os outros 20% da energia do núcleo de hélio, a energia total no processo de fusão é dez vezes maior do que o processo liderado por uma reação de fissão”, ressalta Canal. Os insumos comuns nesses testes, conhecidos como deutério e trítio, integram o grupo dos “hidrogenóides”, formados por um núcleo, um único elétron e núcleos leves.

Pesquisas globais e os desafios do plasma

O avanço esbarra na alta demanda energética necessária para viabilizar a técnica comercialmente. “Hoje, para você fazer essa reação de fusão, você precisa esquentar um gás a uma temperatura de 150 milhões de graus Celsius. Nessas temperaturas, o gás vai para o estado de plasma do sistema. Nesse estado de plasma, você consome energia para mantê-lo quente para que só então, devido a essa alta temperatura, que é dez vezes mais quente do que o centro do Sol, você comece a ter reações de fusão. Até hoje, o mais próximo que a gente chegou em um tokamak — um sistema de confinamento de plasmas quentes usando campos magnéticos — foi de 70% de produção de energia, comparado com aquilo que a gente gasta para manter o plasma quente, no tokamak JET, na Inglaterra.”

Outra vertente investiga o aquecimento por lasers potentes. “Outro método de você fazer reações de fusão é por produção de plasma de alta temperatura, utilizando lasers de alta potência. Tem um reator que está sendo construído na França, através de um consórcio de vários países, que se chama ITER e está sendo projetado para produzir dez vezes mais energia do que aquela que a gente gasta. Essa máquina está sendo projetada para que a gente injete nela 50MW (megawatts) de potência para aquecer o plasma, é como se fosse um investimento, se você não esquentar o plasma, você não consegue tirar o rendimento dele”, completa Canal.

Segurança e aplicações além da eletricidade

Thiago Mastrangelo, professor do Centro de Energia Nuclear na Agricultura (CENA) da USP de Piracicaba, aponta que o modelo de fusão apresenta maior confiabilidade frente aos riscos convencionais. “Na teoria, [usinas nucleares de fusão] seriam mais seguras. Na usina nuclear convencional de fissão, se tiver um problema de resfriamento, o combustível nuclear vai se fundir e vai derreter, podendo ter explosões como aconteceu em Chernobyl, e teríamos diversos tipos de radioisótopos que vão ser liberados, na água, no ar e no vapor, como aconteceu também em Fukushima, por causa desse meltdown do combustível nuclear.”

“No caso do reator de fusão, tem risco de altas temperaturas, como os campos magnéticos, mas não no tipo catastrófico que tem no reator convencional. O principal produto da fusão nuclear vai ser o hélio, é um gás inerte, mas por causa da quantidade de nêutrons que estarão circulando, esses nêutrons podem ativar outros materiais, isso vai ter a produção de alguns elementos radioativos, mas não na escala que a gente tem, por exemplo, num reator convencional de fissão”, esclarece Mastrangelo.

Além da geração elétrica, a tecnologia pode beneficiar outros setores. “O foco principal da fusão nuclear é a geração de energia elétrica, mas o calor gerado também pode servir para produzir hidrogênio ou para dessalinização de água, por exemplo. Os nêutrons do reator de fusão podem ser utilizados para gerar radioisótopos para a medicina ou ímãs supercondutores que podem ser utilizados para aparelhos de ressonância magnética”, finaliza.