A energia de fusão tem o potencial de fornecer energia segura, limpa, e quase ilimitada. Embora possam ocorrer reacções de fusão para núcleos leves com peso inferior ao do ferro, a maioria dos elementos não se fundem, a menos que se encontrem no interior de uma estrela. Para criar plasmas ardentes em reactores experimentais de energia de fusão, tais como tokamaks e stellarators, os cientistas procuram um combustível relativamente fácil de produzir, armazenar e levar à fusão. A melhor aposta actual para os reactores de fusão é o combustível deutério-tritio. Este combustível atinge condições de fusão a temperaturas mais baixas em comparação com outros elementos e liberta mais energia do que outras reacções de fusão.

Deutério e trítio são isótopos de hidrogénio, o elemento mais abundante no universo. Enquanto todos os isótopos de hidrogénio têm um próton, o deutério também tem um neutron e o trítio tem dois neutrões, pelo que as suas massas iónicas são mais pesadas do que o protium, o isótopo de hidrogénio sem neutrões. Quando o deutério e o trítio se fundem, criam um núcleo de hélio, que tem dois prótons e dois nêutrons. A reacção liberta um nêutron energético. As centrais de fusão converteriam a energia libertada pelas reacções de fusão em electricidade para alimentar as nossas casas, empresas, e outras necessidades.

Felizmente, o deutério é comum. Cerca de 1 em cada 5.000 átomos de hidrogénio em água do mar é sob a forma de deutério. Isto significa que os nossos oceanos contêm muitas toneladas de deutério. Quando a energia de fusão se torna realidade, apenas um galão de água do mar poderia produzir tanta energia como 300 galões de gasolina.

Trítio é um isótopo radioactivo que se decompõe relativamente depressa (tem uma semi-vida de 12 anos) e é raro na natureza. Felizmente, a exposição do elemento mais abundante de lítio a neutrões energéticos num reactor de fusão pode gerar trítio. Uma central de fusão em funcionamento poderia potencialmente utilizar lítio para gerar o trítio de que necessita para fechar o ciclo do combustível de deutério-trítio, uma vez que o lítio pode ser obtido a partir da crosta terrestre através da exploração mineira e dos desertos salinos.

DOE Gabinete de Ciência: Contribuições para o combustível de deutério-tritio

Parte da missão do Gabinete de Ciência do Departamento de Energia, Programa de Ciências da Energia de Fusão (FES) é desenvolver uma fonte prática de energia de fusão. O FES trabalha com o programa Advanced Scientific Computing Research utilizando a computação científica para fazer avançar a ciência da fusão e compreender o efeito da massa iónica em vários fenómenos de plasma. Nas instalações do Office of Science, tais como o tokamak DIII-D e o tokamak esférico NSTX-U, os cientistas estudam o impacto da massa iónica no confinamento, transporte e turbulência do plasma. O confinamento de produtos de fusão tais como o íon hélio é também estudado na presença de campos magnéticos helicoidais. O programa do Office of Science Nuclear Physics desenvolve a ciência nuclear fundamental que sustenta a compreensão da fusão, criando bases de dados de reacções nucleares, gerando isótopos nucleares, e elucidando aspectos da nucleossíntese.

Deutério-Trítio Factos sobre o combustível

• A água feita de deutério é cerca de 10% mais pesada do que a água normal. É por isso que é por vezes referida como “água pesada”. Na realidade, afunda-se até ao fundo de um copo de água vulgar.

Li>As fontes de trítio na Terra incluem a produção natural a partir de interacções com raios cósmicos, reactores de fissão nuclear produtores de energia, tais como o reactor CANDU de água pesada, e testes de armas nucleares.

• Para evitar certos R&D desafios incluindo danos materiais estruturais de neutrões energéticos, os cientistas de fusão estão também interessados em reacções de fusão aneutrónica (tais como a fusão de deutério – hélio-3 e protão – boro) mesmo que estas reacções de fusão ocorram a temperaturas de iões mais elevadas do que as do deutério e do trítio.

Recursos e Termos Relacionados

• Como funciona a energia de fusão?
• Office of Science Fusion Energy Sciences program

li>Science Up-Close: Desenvolvimento de um livro de receitas para uma Energia de Fusão Eficienteli>Ignita Inovação na Investigação da Fusão/ul>

Agradecimentos

Matthew Lanctot (U.S. DOE Office of Science)