Fusão nuclear pode ser fonte ilimitada de energia limpa, apontam pesquisadores

No mês de dezembro de 2022, cientistas anunciaram que, pela primeira vez, conseguiram produzir uma reação de fusão nuclear em laboratório, obtendo sobra de energia, ou seja, mais energia do que a aplicada para executar a experiência.

O experimento consistiu em 192 lasers super potentes apontados para uma pequena cápsula de hidrogênio, onde um tiro de laser injetou na cápsula 2 megajoules de energia. Por conta da alta pressão ocasionada pelos lasers, o hidrogênio sofreu fusão nuclear, explodindo e liberando 3 megajoules de energia. 

A energia de sobra é suficiente para aquecer apenas uma chaleira de água, porém, apesar de parecer um resultado pequeno, o experimento mostrou ser possível a obtenção de energia por fusão nuclear.

Atualmente, o laboratório é capaz de reproduzir esse experimento uma vez por dia, mas, para que haja energia suficiente a nível de usinas, o processo teria que ocorrer pelo menos 10 vezes por segundo.

O caminho é longo e incerto, mas o avanço científico é inquestionável. 

Fusão nuclear e eEnergia limpa

Você já deve ter ouvido falar que “somos poeira de estrelas”, certo? Mas… o que isso quer dizer e o que tem a ver com energia limpa?

A maior parte do universo é constituída por hidrogênio: é ele que domina a composição das estrelas, como o nosso Sol, por exemplo. Mas, se observarmos ao redor, veremos que diversos outros elementos também dominam o nosso entorno, isso porque as estrelas produzem a própria energia a partir do mecanismo da fusão nuclear.

Nesse processo, dois elementos simples (começando pelo hidrogênio) se fundem, por conta da alta temperatura e pressão nos núcleos das estrelas, formando um elemento mais pesado e liberando muita energia. É exatamente o processo contrário que as usinas nucleares utilizam, a fissão nuclear.

Ao fundir núcleos de hidrogênio, serão obtidos núcleos de hélio, e ao fundir núcleos de hélio, serão obtidos núcleos de berílio, assim sucessivamente. Quando a estrela chega ao final de sua vida, não possuindo mais energia para obter fusão nuclear, ela ejeta esses elementos no espaço, formando toda a matéria que conhecemos hoje.

Decaimento radioativo

Diferente da fissão nuclear, a fusão nuclear é um processo que não produz resíduos radioativos e nem elementos poluentes, como gases de efeito estufa, por conta dos átomos não sofrerem decaimento radioativo. Os núcleos dos átomos são constituídos de prótons, partículas de carga positiva, e nêutrons, que não têm carga. Essas partículas subatômicas permanecem unidas pela força forte, que é muito intensa a curto alcance. 

Porém, quando o núcleo de um átomo é muito grande e não tem nêutrons suficientes, a força forte não consegue manter todos os prótons unidos. Isso acontece porque a repulsão entre as cargas positivas dos prótons é muito grande, e a força forte já não será tão forte. Assim, temos um núcleo instável. Esse núcleo instável passa, então, pelo processo que chamamos de decaimento radioativo, emitindo radiação. A emissão dessa radiação é capaz de alterar o número de prótons de um elemento químico, que é transmutado em outro.

Por conta do processo de decaimento radioativo, usinas de fissão nuclear não são consideradas a melhor alternativa de produção de energia. Assim, a energia a partir da fusão nuclear é tida como uma aposta importante para combater as mudanças climáticas, além de ser inesgotável.

"O que tem acontecido nos últimos anos é um investimento massivo privado em fusão nuclear. A iniciativa privada está embarcando nessas pesquisas. Hoje, não é só uma ideia, é algo que já foi mostrado que funciona e é uma questão de se melhorar o processo, se desenvolver novas tecnologias para implementar o que já foi descoberto", afirmou o físico Vinícius Njaim Duarte, para a BBC Brasil.

Fusão nuclear e os vestibulares

O Enem e os vestibulares amam abordar os atuais problemas energéticos e possíveis soluções em questões de Biologia e Química. Fusão nuclear não costuma cair muito no Enem, porém entendê-la a partir de uma fonte de energia limpa pode te dar um bom repertório. Já nos vestibulares, o tema é mais recorrente, como na UFSC 2022, que trouxe uma questão discursiva sobre as transformações de energia em uma usina nuclear.

Exemplos de questões

UFSC 2022

Maior reator de fusão nuclear do mundo começa a ser construído na França

As obras de montagem do maior reator de fusão nuclear do mundo foram iniciadas em julho de 2020, no sul da França. O reator pretende replicar o processo pelo qual o Sol gera sua energia: a fusão de átomos de hidrogênio. Para tal, o reator vai aquecer dois isótopos de hidrogênio, deutério (²H) e trítio (³H), a uma temperatura de aproximadamente 150 milhões de graus Celsius. A reação produz um núcleo de hélio e um nêutron com alta energia. Essa energia, transformada em calor, poderá ser usada para produzir eletricidade e promete ser mais “limpa”, gerando uma quantidade menor e menos tóxica de resíduos do que os processos de fissão nuclear atualmente em uso. O projeto, denominado “ITER”, tem como principal propósito mostrar que a fusão nuclear em larga escala é viável e pode se tornar uma alternativa eficiente para a geração de energia limpa.

Sobre o tema, é correto afirmar que:

01) o átomo de hélio resultante da fusão nuclear tem em seu núcleo dois prótons e dois nêutrons.   

02) na fusão nuclear, os elétrons de dois átomos fundem-se no núcleo para produzir um elemento de maior massa atômica do que os átomos originais.   

04) a fusão nuclear é semelhante à fissão nuclear, já que, em ambos os processos, há a formação de átomos “pesados”, oriundos da união de prótons e nêutrons para formar o núcleo do átomo resultante.   

08) nas condições descritas para o processo de fusão, o deutério e o trítio estarão no estado sólido, o que facilitará o controle do processo.   

16) o processo de fusão que será conduzido no ITER pode ser descrito pela reação   

32) os isótopos de hidrogênio, deutério e trítio, têm em comum o fato de possuírem um único próton no núcleo.   

Resposta: [01 + 32 = 33]

Explicação:

[01] Correto. O átomo de hélio resultante da fusão nuclear terá em seu núcleo dois prótons e dois nêutrons:

[02] Incorreto. Na fusão nuclear, os elétrons de dois átomos passam a compor a eletrosfera do átomo formado ou são transformados em partículas beta, entre outras possibilidades.

[04] Incorreto. A fusão nuclear (“união” de núcleos) é diferente da fissão nuclear (“quebra” de núcleos) na qual ocorre uma reação em cadeia liberando grande quantidade de energia.

[08] Incorreto. O reator vai aquecer os isótopos de hidrogênio, deutério (²H) e trítio (³H), a uma temperatura de aproximadamente 150 milhões de graus Celsius, ou seja, estarão no estado de agregação gasoso.

[16] Incorreto. O processo de fusão que será conduzido no ITER pode ser descrito pela reação

[32] Correto. Os isótopos de hidrogênio, deutério  e trítio  têm em comum o fato de possuírem um único próton no núcleo. 

UEL 2019

Pensem nas crianças

Mudas telepáticas

Pensem nas meninas

Cegas inexatas

Pensem nas mulheres

Rotas alteradas

Pensem nas feridas

Como rosas cálidas

Mas oh não se esqueçam

Da rosa da rosa

Da rosa de Hiroshima

A rosa hereditária

A rosa radioativa

Estúpida e inválida

A rosa com cirrose

A anti-rosa atômica

Sem cor sem perfume

Sem rosa sem nada

A Rosa de Hiroshima.

Compositores: Vinícius de Moraes, Gerson Conrad, 1973.

No texto, estão expressos os horrores causados na população de Hiroshima pela explosão da bomba nuclear. Em relação ao princípio físico de seu funcionamento, assinale a alternativa correta.

a) A bomba de fissão nuclear, conhecida como bomba H, libera energia quando ocorre o processo de fragmentação de núcleos de U238.

b) A bomba de fissão nuclear, conhecida como bomba A, libera energia quando ocorre o processo de fragmentação de núcleos de U235.    

c) A bomba de fissão nuclear, conhecida como bomba H, absorve energia quando ocorre o processo de fragmentação de núcleos de U238. 

d) A bomba de fusão nuclear, conhecida como bomba A, libera energia quando ocorre o processo de fragmentação de núcleos de U238. 

e) A bomba de fusão nuclear, conhecida como bomba H, absorve energia quando ocorre o processo de fragmentação de núcleos de U235.

Resposta: [B]

Explicação:

As bombas atômicas lançadas pelo exército norte-americano nas cidades de Hiroshima e Nagasaki durante a Segunda Guerra Mundial eram bombas de fissão. Os materiais radioativos continham núcleos grandes e instáveis. Com isso, sua massa crítica sofre uma reação em cadeia, fragmentando-se, liberando grande quantidade de energia e gerando novos elementos químicos menores. Na cidade de Hiroshima, foi utilizada a bomba de urânio 235 chamada de “Little Boy”. Em Nagasaki, o isótopo radioativo foi o Plutônio 239 e a bomba recebeu o apelido de “Fat man”. 

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