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Quinta-feira, Julho 7, 2022

A fusão nuclear já está enfrentando uma crise de combustível

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No sul da França, o ITER está avançando para a conclusão. Quando finalmente estiver totalmente ligado em 2035, o Reator Termonuclear Experimental Internacional será o maior dispositivo desse tipo já construído e o porta-bandeira da fusão nuclear.

Dentro de uma câmara de reação em forma de rosquinha chamada tokamak, dois tipos de hidrogênio, chamados deutério e trítio, serão esmagados até se fundirem em um plasma turbulento mais quente que a superfície do sol, liberando energia limpa suficiente para alimentar dezenas de milhares de casas — uma fonte ilimitada de eletricidade tirada diretamente da ficção científica.

Ou pelo menos, esse é o plano. O problema – o elefante em uma sala cheia de elefantes em potencial – é que, quando o ITER estiver pronto, pode não haver combustível suficiente para executá-lo.

Como muitos dos reatores de fusão nuclear experimentais mais proeminentes, o ITER depende de um fornecimento constante de deutério e trítio para seus experimentos. O deutério pode ser extraído da água do mar, mas o trítio – um isótopo radioativo do hidrogênio – é incrivelmente raro.

Os níveis atmosféricos atingiram o pico na década de 1960, antes da proibição de testes de armas nucleares, e de acordo com o últimas estimativas há menos de 20 kg (44 libras) de trítio na Terra agora. E à medida que o ITER se arrasta, anos atrasado e bilhões acima do orçamento, nossas melhores fontes de trítio para abastecê-lo e outros reatores de fusão experimentais estão desaparecendo lentamente.

No momento, o trítio usado em experimentos de fusão como o ITER e o JET tokamak menor no Reino Unido vem de um tipo muito específico de reator de fissão nuclear chamado reator moderado de água pesada. Mas muitos desses reatores estão chegando ao fim de sua vida útil e restam menos de 30 em operação em todo o mundo – 20 no Canadá, quatro na Coréia do Sul e dois na Romênia, cada um produzindo cerca de 100 gramas de trítio por ano. (A Índia tem planos de construir mais, mas é improvável que disponibilize seu trítio para pesquisadores de fusão.)

Mas esta não é uma solução viável a longo prazo – todo o objetivo da fusão nuclear é fornecer uma alternativa mais limpa e segura à energia de fissão nuclear tradicional. “Seria um absurdo usar reatores de fissão sujos para alimentar reatores de fusão ‘limpos’”, diz Ernesto Mazzucato, físico aposentado que tem sido um crítico aberto do ITER e da fusão nuclear em geral, apesar de passar grande parte de sua vida profissional estudando tokamaks.

O segundo problema com o trítio é que ele decai rapidamente. Tem uma meia-vida de 12,3 anos, o que significa que quando o ITER estiver pronto para iniciar as operações de deutério-trítio (em, por acaso, cerca de 12,3 anos), metade do trítio disponível hoje terá decaído em hélio-3. O problema só vai piorar depois que o ITER for ligadoquando vários outros sucessores de deutério-trítio (DT) são planejados.

Essas forças gêmeas ajudaram a transformar o trítio de um subproduto indesejado da fissão nuclear que teve que ser cuidadosamente descartado, segundo algumas estimativas, na substância mais cara da Terra. Custa US$ 30.000 por grama, e estima-se que reatores de fusão em funcionamento precisarão de até 200 kg por ano. Para piorar a situação, o trítio também é cobiçado pelos programas de armas nucleares, porque ajuda a tornar as bombas mais poderosas – embora os militares tendam a fazê-lo sozinhos, porque o Canadá, que detém a maior parte da capacidade de produção mundial de trítio, se recusa a vendê-lo por preços não pacíficos. propósitos.



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