Fusão Nuclear vs. Fissão: Um Físico Esclarece a Diferença

(Solar Orbiter/Equipe EUI/ESA & NASA)

A energia nuclear gera cerca de 10% da eletricidade mundial, com países como a França dependendo dela para quase 70% de seu fornecimento. Grandes empresas de tecnologia, como o Google, também estão recorrendo à energia nuclear para alimentar seus centros de dados de alta demanda.

A energia da energia nuclear vem da energia de ligação atômica, liberada por meio de dois processos principais: fissão e fusão. A fissão divide átomos pesados em átomos mais leves, enquanto a fusão combina átomos leves em átomos mais pesados. Ambos os métodos geram uma quantidade significativa de energia; por exemplo, uma única reação de fissão de U-235, comumente usada em usinas de energia, libera mais de 6 milhões de vezes mais energia do que uma reação química com carvão.

 O Que é Fissão?

A fissão é o processo que alimenta as usinas nucleares atuais e ocorre quando um nêutron atinge um átomo de urânio, dividindo-o e liberando mais nêutrons. Isso inicia uma reação em cadeia, produzindo uma quantidade substancial de energia. Para converter essa energia em eletricidade, trocadores de calor transformam água em vapor, que aciona turbinas.

Controlar a fissão envolve regular o fornecimento de nêutrons por meio de “barras de controle” que absorvem esses nêutrons. Acidentes como o de Chernobyl ocorreram quando essas barras falham ou a circulação do líquido refrigerante para. Os reatores de terceira geração melhoram a segurança com recursos passivos que funcionam sem controles ativos, confiando em princípios físicos naturais. O primeiro desses reatores, os reatores Kashiwazaki 6 e 7 no Japão, exemplificam esse avanço.

No entanto, permanece um grande desafio: os subprodutos da fissão são radioativos por milhares de anos, e o combustível reprocessado pode potencialmente ser usado para armas nucleares. A tecnologia de fissão é escalável, com usinas que variam de enormes, como a Usina Nuclear de Kashiwazaki-Kariwa, com capacidade de 7,97 gigawatts, a pequenos reatores que geram cerca de 150 megawatts, como em submarinos nucleares.

 O Que é Fusão?

A fusão, o processo que alimenta o Sol, ocorre quando átomos se fundem. A reação de fusão mais fácil envolve isótopos de hidrogênio, deutério e trítio, gerando quatro vezes mais energia por unidade de massa do que a fissão de U-235. O deutério é abundante, mas o trítio é raro e radioativo, exigindo uma “cobertura de lítio” nas usinas de fusão para produzi-lo.

Atualmente, criar uma reação de fusão fora de um laboratório é um desafio devido às temperaturas extremas necessárias — cerca de 150 milhões de graus Celsius. Nessa temperatura, o combustível existe como plasma, e o subproduto é hélio, um gás não radioativo.

O método líder para alcançar fusão sustentada é o confinamento magnético toroidal, que usa um campo magnético em forma de anel para conter o plasma em altas temperaturas. Diferente da fissão, o principal obstáculo não é um colapso descontrolado, mas sim iniciar a própria reação de fusão.

Um desafio-chave para o confinamento magnético toroidal, foco de muitas pesquisas, é demonstrar um plasma autossustentado e aquecido. Isso ocorre quando o calor gerado pela própria reação se torna a principal fonte de energia. Esse é o objetivo do projeto ITER, o maior experimento de fusão do mundo, financiado por fundos públicos, e do experimento SPARC, financiado privadamente no MIT.

No entanto, muitos cientistas concordam que a fusão não será viável comercialmente antes de, pelo menos, 2050.

Uma Solução para o Clima?

Muitos se perguntam se a energia nuclear pode ajudar a mitigar as mudanças climáticas. Tenho colegas na ciência do clima, incluindo minha falecida esposa, uma renomada cientista do clima.

O consenso é claro: é tarde demais para parar completamente as mudanças climáticas. O mundo precisa urgentemente reduzir as emissões de dióxido de carbono para minimizar impactos catastróficos — uma tarefa que deveria ter começado há décadas.

Nesse contexto, a fissão faz parte da solução global, juntamente com a adoção em larga escala de fontes de energia renovável, como a eólica e a solar. A longo prazo, a fusão poderá substituir a fissão, pois oferece um suprimento de combustível mais abundante, menor volume e longevidade de resíduos, e uma tecnologia que não pode ser usada para armamentos.

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