O trítio: Mudança de chumbo em ouro


o ITER MAG 8

Fev 2016

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-Robert Arnoux

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Trítio: Transformando chumbo em ouro

a fim de produzir energia a partir da fusão de átomos leves, a natureza oferece uma dúzia de combinações possíveis. Apenas um é acessível no estado atual da tecnologia: a fusão de isótopos de hidrogênio(1) deutério e trítio.,

Considerando que o “processo” de hidrogênio (H), contém um próton, seu isótopo 3H (trítio) contém um próton e dois nêutrons. O trítio é um elemento radioactivo com uma semi-vida de 12,3 anos e um decaimento beta de baixa energia. A sua radioactividade é tão baixa que pode ser parada por pele ou por um simples pedaço de papel. O trítio só apresenta perigo para a saúde se for ingerido ou inalado após a combinação com outros elementos (água tritiada, por exemplo). A gestão do trítio no ITER será objecto de regulamentação e procedimentos rigorosos.,mas aqui está o desafio. Enquanto o deutério pode ser facilmente extraído da água do mar, que contém 33 miligramas por metro cúbico, o trítio é muito mais difícil de obter.na natureza, o trítio é encontrado apenas em quantidades vestigiais. O efeito dos raios cósmicos nas camadas mais exteriores da atmosfera da terra produz em qualquer lugar de um par de gramas a um par de quilogramas a cada ano (as estimativas variam). Algumas dezenas de quilogramas também são dissolvidos em oceanos como resultado de testes nucleares atmosféricos realizados entre 1945 e 1980.,pequenas quantidades de trítio também são produzidas por reatores nucleares do tipo CANDU-na ordem de 100 gramas por ano para um reator de 600 MW, ou aproximadamente 20 kg por ano globalmente. Esta unidade populacional, hoje não utilizada, será suficiente para abastecer o ITER durante os quinze anos da sua campanha de Deutério-trítio.no entanto, a longo prazo, será necessário desenvolver soluções para a produção em larga escala de trítio. Estima-se que cada reactor de fusão necessitará da ordem de 100 a 200 quilogramas por ano.,a natureza, como se antecipando o problema, oferece uma solução que combina elegância e eficiência—a reação de fusão em si pode produzir o trítio que, por sua vez, irá alimentar a reação. Além disso, o processo ocorre dentro do recipiente de vácuo em um ciclo contínuo e fechado.quando um núcleo de Deutério se funde com um núcleo de trítio dentro do plasma de fusão, prótons e nêutrons são recombinados em um átomo de hélio e um nêutron. A carga elétrica do átomo de hélio faz com que ele permaneça preso dentro da gaiola magnética que limita o plasma., O nêutron, por outro lado, escapa a alta velocidade e atinge as paredes do vaso de vácuo, aquecendo a água que circula sob pressão e iniciando um processo que—em futuros reatores—criará eletricidade.

seis módulos experimentais de cobertor contendo lítio serão montados dentro do recipiente de vácuo ITER para testar conceitos de reprodução de trítio.

o nêutron pode servir outro propósito, no entanto., Quando se atinge um átomo de lítio-6(2) interrompe seus blocos de construção (3 prótons e 4 nêutrons) e reorganiza-os em um átomo de hélio (2 prótons, 2 nêutrons) e um átomo de trítio (1 próton, 2 nêutrons), ao mesmo tempo liberando energia.do ponto de vista da física, então, o problema é resolvido—trítio pode ser produzido dentro do tokamak se o lítio for incluído nas paredes do vaso., Trata-se agora de desenvolver as soluções tecnológicas que permitirão aos cientistas e engenheiros traduzir os princípios da física num ciclo produtivo de “autossuficiência de trítio” nos reactores de fusão de amanhã.Luciano Giancarli está interessado na questão há quase 30 anos. At ITER, he he he he he heads the section that is in charge of the implementation of the Test Blanket Module (TBM) program—experimental blanket modules containing lithium that will be mounted inside the ITER vacuum vessel to test trítio breeding concepts., “O primeiro desafio é a relação entre os nêutrons gerados pela reação de fusão e os átomos de trítio realmente produzidos”, explica. “Para o sistema funcionar, a razão deve ser superior a 1, o que significa que—entre o neutrão e o seu alvo de lítio—precisaremos de um multiplicador de neutrões como o chumbo ou berílio.(3) ”
os membros do ITER desenvolveram uma série de conceitos que serão testados em condições de escala de reatores no ITER., Embora os módulos de TBM sejam todos baseados no mesmo princípio (a reação entre o nêutron e o lítio-6), cada um é único em sua arquitetura, seus materiais estruturais, seu sistema de resfriamento, a forma de seu lítio (sólido ou líquido), e a maneira pela qual o trítio será extraído.dentro do ITER Tokamak, seis espaços foram reservados para os módulos de reprodução. A europa está a planear dois sistemas TBM; a China, a Índia, o Japão e a Coreia são responsáveis pelos outros quatro., (Quanto aos Estados Unidos e Rússia, eles estão participando do programa fornecendo dados importantes para a realização dos sistemas.)

ITER proporcionará uma oportunidade única para testar Cobertores experimentais de reprodução, chamados módulos de ensaio, em um ambiente de fusão real.embora os resultados das experiências de criação de trítio estejam abertos a todos os membros, cada Fornecedor manterá os detalhes do fabrico em segredo, devido às elevadas apostas comerciais ligadas à produção de trítio.,
” estimamos que, em condições operacionais do ITER, a capacidade produtiva máxima de cada um dos módulos de teste será na ordem de 20 miligramas por dia. Em um tokamak comercial, esta produção estará em pé de igualdade com a potência da Máquina—Na ordem de 150 gramas por dia e por gigawatt”, diz Luciano.
a fase de projeto conceitual para cada um dos sistemas TBM já terminou. Tal como os outros elementos da máquina ITER, estes conceitos de criação de trítio serão dissecados, analisados e revistos por um comité especial antes da aprovação formal., As atividades de fabricação estão planejadas para começar em 2020.para atingir os objetivos do ITER e aqueles, em um sentido mais amplo, para o futuro da fusão, os seis módulos TBM desempenharão um papel fundamental. Ao demonstrarem a sua capacidade de transformar um elemento tão comum como o chumbo na Terra (lítio) no trítio mais raro e precioso, abrirão o caminho para a exploração industrial e comercial da energia de fusão.
1-A maioria dos elementos da tabela periódica existem em diferentes formas chamadas isótopos. Os isótopos para um mesmo elemento diferem na composição de seu núcleo atômico., Em uma reação química eles agem de forma idêntica; em uma reação nuclear, isótopos podem agir de maneiras muito diferentes.
2 – Lítio-6 é um isótopo de lítio estável presente no lítio natural a um nível de 7,5%.3-Quando um nêutron atinge um átomo de chumbo ou berílio, sua estrutura atômica é perturbada. Depois de absorver o nêutron, o átomo perturbado ejeta dois nêutrons—isto aumenta o número de nêutrons disponíveis para gerar, em um segundo passo, trítio do lítio-6 contido nos Módulos.

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