Um plasma de fusão atinge a ignição quando o aquecimento do meio pelas partículas- a é suficiente para compensar as perdas energéticas do sistema. Nestas condições, o plasma é auto-sustentável, o que significa que o meio é mantido pela energia libertada pelas suas próprias reacções, não sendo necessário o recurso a fontes auxiliares de aquecimento.
QUAL É O RENDIMENTO DAS MÁQUINAS DE FUSÃO NUCLEAR POR CONFINAMENTO MAGNÉTICO?
O rendimento de um dispositivo experimental de fusão nuclear por confinamento magnético POR CONFINAMENTO MAGNÉTICO (Q) é o quociente entre a energia produzida por reacções de fusão nuclear e a energia gasta para criar e manter o meio.
Um reactor de fusão nuclear só será rentável quando Q for muito maior do que 1.
As actuais máquinas de fusão nuclear tem Q<1. O valor máximo de Q, da ordem de 0.6, foi obtido no JET durante a operação deste tokamak com uma mistura de Deutério e Trítio .
QUAL É O OBJECTIVO PRINCIPAL DO PROGRAMA EUROPEU DE FUSÃO?
O Programa Europeu de Fusão integra todas as actividades de I&D dos Estados Membros da União Europeia e da Suiça e visa a construção de um reactor comercial de fusão que permita produzir energia eléctrica através de reacções de fusão nuclear. Este Programa constitui um excelente exemplo da integração da investigação europeia num programa único, com uma gestão central e com uma implementação distribuída pelos Países que integram o Programa
A estratégia do Programa de Fusão da EURATOM
O Programa Europeu de Fusão, devido à sua organização, conteúdo e resultados obtidos, lidera a investigação a nível mundial nesta área científica.
Marcos históricos na evolução da Fusão Nuclear na União Europeia
QUAIS SÃO AS PRINCIPAIS ÁREAS DE ACTIVIDADE DO PROGRAMA EUROPEU DE FUSÃO?
O Programa Europeu de Fusão compreende três áreas principais de actividade: Física, Tecnologia e Ligação à Sociedade. Na área da Física realizam-se estudos teóricos e experimentais relacionados com a fusão por confinamento magnético e inercial. O Programa Tecnológico compreende: (i) actividades básicas, destinadas especialmente a manter em operação os dispositivos experimentais vocacionados para a realização de testes tecnológicos; (ii) actividades dirigidas para o chamado “Next Step” ; e (iii) actividades direccionadas para a construção de um reactor nuclear. A área da Ligação à Sociedade compreende as ligações às universidades e à indústria europeia, os estudos da socio-economia da Fusão Nuclear, a análise do impacte ambiental de um reactor de fusão e as actividades de relações públicas.
COMO É IMPLEMENTADO O PROGRAMA EUROPEU DE FUSÃO?
O Programa Europeu de Fusão é realizado no quadro do Tratado da “European Atomic Energy Community” (EURATOM) através de:
-
Contratos de Associação celebrados entre a EURATOM e as Instituições dos Estados Membros da União Europeia e da Suiça que realizam trabalhos de I&D em Fusão Nuclear, e que vulgarmente são designadas por Associados;
-
Um Acordo, o “European Fusion Development Agreement” (EFDA), celebrado em 1 de Janeiro de 1999, entre a EURATOM e os seus Associados.
Unidades de Investigação da União Europeia com
actividade em fusão nuclear
QUAIS SÃO OS OBJECTIVOS DO “EUROPEAN FUSION DEVELOPMENT AGREEMENT”?
Os objectivos principais do “European Fusion Development Agreement” são:
- A operação, a exploração científica e o aperfeiçoamento das infra-estruturas experimentais do tokamak JET;
- A realização do Programa Tecnológico de Fusão;
- A participação da EURATOM nas actividades do Projecto ITER;
- A divulgação da Fusão Nuclear na opinião pública.
QUANTOS TOKAMAKS ESTÃO EM FUNCIONAMENTO NO PROGRAMA EUROPEU DE FUSÃO?
O Programa Europeu de Fusão tem, actualmente, os seguintes tokamaks em operação: JET (no EFDA-Culham), ASDEX-Upgrade (no IPP-Garching), TORE SUPRA (no CEA-Cadarache), FTU (na ENEA-Frascati), MAST (na UKAEA-Culham), TCV (no CRPP-Lausanne), CASTOR (no IPP-Praga), TEXTOR (no FJK-Jullich) e ISTTOK (no IST-Lisboa).
QUANTOS STELARATORS E REVERSED FIELD PINCHES EXISTEM NO PROGRAMA EUROPEU DE FUSÃO?
Existem três stelarators (TJ-II, no CIEMAT-Madrid, W7-AS, no IPP-Garching e W7-X no IPP-Greisfwald) e dois reversed field pinches (RFX, no CNR-Padua e EXTRAP, na Suécia).
QUE OUTROS DISPOSITIVOS EXPERIMENTAIS DE FUSÃO EXISTEM NO MUNDO?
Existem actividades significativas em Fusão Nuclear nos Estados Unidos, Japão, Rússia, China, Coreia e Brasil.
Os principais dispositivos experimentais em funcionamento são os tokamaks DIII-D (em S. Diego), JT60-U (em Naka), TCA-Br (em São Paulo) e ETE (em São José dos Campos) e o stelarator LHD (em Nagoya).
O JET (“Joint European Torus”) é o maior tokamak do Mundo, operado até 31 de Dezembro de 1999 pelo “JET Joint Undertaking” e depois desta data pelo “European Fusion Development Agreement”.
|
|
|
|
Vista aérea das instalações do JET |
Vista do JET (Joint European Torus) |
|
|
|
|
Vista do interior da câmara de vácuo do JET |
Desenho esquemático do JET |
 |
|
|
Manipulação remota no interior do JET |
|
O ITER (“International Thermonuclear Experimental Reactor”) é o primeiro reactor experimental de fusão, da configuração tokamak, concebido e projectado no âmbito de um Protocolo assinado entre a “European Atomic Energy Community” e os Governos do Japão, Estados Unidos (até 31 de Julho de 1999) e União Soviética (depois, Federação da Rússia).
Desenho esquemático do ITER
QUAIS AS DATAS IMPORTANTES DO PROJECTO ITER?
1985...... A União Soviética propôs aos Estados Unidos, durante a cimeira Reagan-Gorbatchov, a construção do primeiro reactor experimental de Fusão Nuclear no âmbito de uma colaboração mundial. Os Estados Unidos, em consertação com o Japão e a União Europeia, responderam positivamente e apresentaram propostas sobre a implementação do Projecto.
1988...... Em Abril de 1988 inicia-se a fase de CDA (“Conceptual Design Activities”).
1990...... A fase de CDA é finalisada em Dezembro de 1990, com a confirmação dos objectivos técnicos e programáticos do Projecto.
1992...... Em Julho de 1992 começa a fase de EDA (“Engineering and Design Activities”) inicialmente prevista para durar seis anos e envolvendo também o Canadá e o Casaquistão associados, respectivamente, a EURATOM e a Federação da Rússia.
1998...... O chamado “Final Design Report” está concluído e demonstra a viabilidade técnica da construção do ITER. Devido à situação económica mundial, os Parceiros verificam que não há condições para iniciar a construção do ITER. Três Parceiros (União Europeia, Japão e Federação da Rússia) decidem extender o Protocolo ITER por mais três anos de modo a adaptar o projecto inicial a um novo dispositivo experimental com custo e objectivos reduzidos.
2000...... Iniciam-se as Explorações entre os Parceiros com os seguintes objectivos fundamentais: (i) Definir as bases para as Negociações conducentes a implementação conjunta do Projecto; (ii) Estabelecer as condições de acesso de novos Parceiros ao Projecto; (iii) Definir as bases para o trabalho conjunto a realizar entre o final do Protocolo ITER e o início da construção do ITER.
2001...... Em Julho de 2001 está concluído o projecto do ITER-FEAT e termina o Protocolo ITER. Iniciam-se as Negociações conducentes à elaboração do ITER Joint Implementing Agreement e começam as “Co-ordinated Technical Activities” com o objectivo de adaptar o projecto do ITER-FEAT às características dos locais para construção entretanto oferecidos pelos Parceiros. Na primeira reunião das Negociações, realizada em Moscovo, o Governo Federal do Canadá apresentou Clarington como um local para a construção do ITER. Na sequência desta oferta, o Canadá é aceite como novo Parceiro do Projecto ITER.
2002...... Durante a terceira reunião das Negociações, realizada em Moscovo, em 23 e 24 de Abril de 2002, é anunciado que o Governo Espanhol ofereceu-se para acolher o ITER em Vandellós.
QUAL O ESTADO ACTUAL DO PROJECTO ITER?
Em 31 de Julho de 1998, no final da fase de “Engineering and Design Activities” (EDA), estava pronto um projecto de um tokamak, com um custo de construção da ordem dos 6000 M$, e que demonstrava a viabilidade científica e técnica da construção de um reactor com possibilidade de funcionar em regime de ignição (Q= ¥ ).
O custo elevado deste tokamak e a situação económica mundial levaram três dos Parceiros envolvidos no Protocolo inicial (EURATOM, Japão e Federação da Rússia) a extender a fase de EDA por mais três anos, com o objectivo de projectar um novo tokamak com um preço de construção e objectivos mais reduzidos. Em 31 de Julho de 2001 estava pronto o projecto do ITER-FEAT (“Fusion Energy Amplifier Tokamak”), com um custo de construção da ordem de 4000 M$ e que poderá atingir valores de Q da ordem de 10 a 20.
Actualmente decorrem Negociações entre os Parceiros interessados (EURATOM, Japão, Federação da Rússia, Canadá, Estados Unidos da América, República Popular da China e Coreia do Sul) visando a elaboração do “ITER Joint Implementing Agreement”.
QUAL A POSIÇÃO DOS ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA SOBRE O PROJECTO ITER?
Os Estados Unidos participaram nas duas primeiras fases do projecto (“Conceptual Design Activities” e “Engineering Design Activities”) até 31 de Julho de 1998, data em que expirou o Protocolo-II do ITER.
Estados Unidos regressaram, em Fevereiro de 2003, à mesa das Negciações conducentes à elaboração do "ITER Joint Implementing Agreement".
A decisão sobre o local de construção do ITER deverá ser tomada em 2003 pelos políticos, com base nos estudos realizados durante a fase de Negociações.
Na mesa das Negociações existe m, actualmente quatro propostas: Clarington (Canadá), Cadarache (França), Rokkasho-mura (Japão) e Vandellos (Espanha).
QUAL A POSIÇÃO DA UNIÃO EUROPEIA SOBRE A LOCALIZAÇÃO DO ITER ?
Os orgãos de gestão do Programa de Fusão e o Conselho de Ministros da União Europeia já declararam, por várias vezes, que a prioridade deste Programa para os próximos anos é a construção do ITER, no quadro de uma colaboração internacional, se possivel na União Europeia.
De facto, a construção do primeiro reactor experimental de fusão na UE tem várias vantagens, de entre as quais salientamos:
- A contribuição para a manutenção pela EURATOM da liderança mundial das actividades de I&D em fusão nuclear;
- A não transferência de tecnologias desenvolvidas na UE para outros Países;
- A possibilidade dos pequenos Países Europeus poderem ter uma participação significativa no Projecto;
- O aumento da participação da indústria europeia no Projecto.
Contudo, e atendendo à forma como a União Europeia está organizada e funciona, a concretização desta possibilidade está dependente da apresentação de ofertas pelos Estados Membros. No Conselho de Ministros da UE, realizado em 13 de Dezembro de 2001, e na sequência de estudos realizados pelo Comissariado de Energia Atómica Francês e pelo “European Fusion Development Agreement”, o Ministro Francês da Ciência e da Tecnologia apresentou Cadarache como candidato europeu para local de construção do ITER e solicitou à Comissão da UE que realize, com urgência, os estudos financeiros necessários para transformar esta oferta numa proposta europeia a submeter às Negociações do ITER. Em 17 de Abril de 2002, o Governo Espanhol, atraves da sua Ministra da Ciência e da Tecnologia, formalizou a oferta do site nuclear de Vandellós para a construção do ITER.
PORTUGAL TEM PARTICIPADO NO PROJECTO ITER?
Portugal tem participado no Projecto ITER através: (i) da realização de trabalhos de I&D na área da reflectometria de micro-ondas; (ii) da coordenação da equipa da União Europeia encarregue da concepção dos diagnósticos de reflectometria de micro-ondas; (iii) da inclusão de um Investigador no “ITER International Team” encarregue de coordenar as “Coordinated Technical Activities”; (iv) da participação de Investigadores Seniores em grupos avaliadores das várias fases do Projecto e encarregues da definição dos diagnósticos necessários à operação e exploração científica do ITER; (v) da inclusão do Presidente do Centro de Fusão Nuclear, enquanto Chairman do Steering Committee do “European Fusion Development Agreement”, nas delegações da União Europeia às Explorações e às Negociações do ITER.
COMO FUNCIONA UMA CENTRAL NUCLEAR?
A energia libertada pelas reacções nucleares vai aquecer a parede interna do reactor, na qual existe um permutador de calor que transfere a energia calorífica para um líquido, vaporizando-o e aumentando a pressão do gás. Este vapor vai accionar uma turbina que está acoplada a um conjunto de enrolamentos eléctricos que se move num campo magnético. Desta forma, gera-se uma força electromotriz nestes enrolamentos que, após adequada transformação de tensão, é entregue à rede de distribuição de energia eléctrica.
Esquema de um reactor de fusão nuclear
PODERIA ACONTECER UM ACIDENTE DO TIPO DE CHERNOBYL NUMA CENTRAL DE FUSÃO?
Um acidente do tipo do que ocorreu em Chernobyl é completamente impossível num reactor de fusão nuclear. Na fusão termonuclear controlada por confinamento magnético, o plasma está contido numa “garrafa magnética”, no interior da câmara de vácuo. Se por qualquer motivo imprevisto o confinamento magnético for destruido, o plasma quente atinge as paredes da câmara, arrefece e as reacções de fusão param automaticamente.
QUAL O PIOR ACIDENTE QUE PODE ACONTECER NUM REACTOR DE FUSÃO?
O pior acidente possível num reactor de fusão seria a ruptura da camada fértil de Lítio (“blanket”) e da câmara de vácuo, permitindo a libertação de algum material radioactivo sólido e de algum Trítio. Atendendo a que o Trítio existente no interior do reactor apenas garante o seu funcionamento durante alguns segundos, a radioactividade resultante fora da central nunca atingiria níveis que obrigassem à evacuação das populações. Estudos detalhados mostraram que a probabilidade deste acontecimento é muito baixa. Mesmo assim, este tipo de acidente é tido em consideração nas regras rigorosas de segurança que a Agência Internacional de Energia Atómica estabeleceu para o projecto de reactores de Fusão Nuclear.