Cientistas acabaram de ligar uma revolucionária máquina de fusão nuclear

       Cientistas da Alemanha alcançaram um marco importante na busca para obter energia a partir da fusão nuclear. Eles anunciaram que ligaram uma das maiores máquinas do seu tipo no mundo, e foram capazes de conter com êxito bolhas superquentes de gás hélio, também conhecido como plasma.

       A fusão nuclear tem potencial para ser uma fonte ilimitada, segura e barata de energia. No entanto, apesar de diversos esforços internacionais para transformá-la em realidade, a “promessa” se provou altamente dispendiosa de se alcançar.

       Agora, para coroar um trabalho que já dura nove anos, os físicos alemães disseram ter brevemente gerado o plasma esperado dentro de um ponto-chave no processo experimental.

       “Estamos muito satisfeitos”, disse Hans-Stephan Bosch do Instituto Max Planck de Física de Plasma. “Tudo correu conforme o planejado”.

O marco

       A fusão nuclear ocorre quando átomos se fundem em temperaturas incrivelmente altas (mais de 100 milhões de graus Celsius) e geram energia. Este é o mesmo processo que ocorre no nosso sol por bilhões de anos.

       A chave para controlar esse plasma quente é usar ímãs supercondutores. Em uma câmara de vácuo especial, os átomos, na forma de um gás ionizado quente, ficam flutuando. Os ímãs são responsáveis por manterem o plasma no lugar, para que não toquem os lados frios da câmara.

       O experimento alemão, usando uma máquina chamada Wendelstein 7-X, queria exatamente provar que esses conceitos eram possíveis.

       Os físicos aqueceram um miligrama de gás hélio com um laser de micro-ondas de 1,8 megawatt, contendo-o brevemente como plasma no interior do vácuo. A experiência durou um décimo de segundo e chegou a uma temperatura de cerca de um milhão de graus Celsius.

A corrida da fusão nuclear

       O próximo passo da equipe é tentar estender a duração do experimento e descobrir a melhor maneira de produzir o plasma.

       No próximo ano, os alemães esperam refazer o teste com hidrogênio, o alvo real do estudo, ao contrário de hélio.

       Vários países estão na corrida para construir um reator de fusão nuclear. Apesar disso, o Wendelstein 7-X não vai produzir energia. O objetivo final do experimento é apenas manter o plasma por 30 minutos, e encontrar provas de que sua tecnologia pode operar continuamente.

Fonte: http://hypescience.com/fisicos-alemaes-atingem-marco-na-busca-da-fusao-nuclear/

200 km de cabos supercondutores fabricados para o ITER (200km of superconducting cables manufactured for ITER)

200 km de cabos supercondutores foram fabricados para formar os magnetos do maior reator ITER de fusão do mundo.

Os cabos são a maior aquisição na história industrial dos supercondutores. O ITER já recebeu 70% dos supercondutores, o que levou sete anos para a fabricação.

      China, Europa, Japão, Coreia, Rússia e os Estados Unidos foram responsáveis ​​pela produção dos supercondutores, que serão usados ​​para fazer os ímãs que irão moldar e controlar o plasma dentro da câmara de vácuo.

      “Temos injetado dinheiro em empresas e laboratórios industriais em todo o mundo, que agora ganharam experiência inestimável que pode ser aplicada em outras áreas críticas, como a imagem médica por ressonância, energia e transporte”, disse Bernard Bigot, diretor-geral do ITER. “Tecnologicamente, nós usamos a mais recente ciência de materiais, empurrando a produção para níveis sem precedentes”.

      Sem supercondutores, a fusão nuclear não seria possível. Supercondutores consomem menos energia e são mais baratos de operar do que ímãs convencionais, também suportam correntes mais altas e produzem campos magnéticos mais fortes.

      Os sistemas de magnetos supercondutores do ITER, com uma combinada energia magnética armazenada de 51GJ, irá produzir os campos magnéticos que iniciará, confinará, formará e controlará o plasma a temperaturas de 170 milhões °C.

      Os supercondutores são feitos de fios de nióbio-estanho (Nb₃Sn) e serão montados juntos e contidos em um revestimento de aço estrutural.

      A próxima etapa na fabricação de ímãs do ITER é a integração dos supercondutores com os conjuntos de bobina finais.

      “É inspirador ver os condutores do ITER como uma realidade depois de um programa de desenvolvimento que remonta mais de 30 anos, com parceiros que trabalham como uma equipe para dominar as complexas tecnologias envolvidas”, disse Neil Mitchell, que liderou o desenvolvimento dos condutores do ITER desde 1992.

Fonte: http://eandt.theiet.org/news/2015/sep/iter-superconducting-magnets.cfm

Uma pequena e eficiente planta de fusão (A small, modular, efficient fusion plant)

Uma vista do reator ARC. Graças a poderosa nova tecnologia do ímã, o (muito menor) reator ARC é mais barato e deverá entregar a mesma potência de um reator muito maior. Ilustração: MIT ARC

       É uma velha piada que muitos cientistas de fusão estão cansados de ouvir: usinas práticas de fusão nuclear estão há apenas 30 anos de distância - e sempre estarão.

       Mas agora, finalmente, a piada já não pode ser verdade: avanços na tecnologia de ímã permitiram pesquisadores do MIT propor um novo e compacto reator de fusão Tokamak - e é algo que pode ser feito em menos de uma década, dizem eles. A era da energia de fusão que pode oferecer uma fonte quase inesgotável de energia, pode estar chegando perto.

       Os pesquisadores usaram fitas supercondutoras com materiais de alta temperatura crítica disponíveis comercialmente, a fim de produzir bobinas capazes de gerar altos campos magnéticos.

       O campo magnético mais forte faz com que seja possível produzir o confinamento magnético do plasma superquente - isto é, o material de uma reação de fusão - mas num dispositivo muito menor do que os anteriormente imaginados. A redução no tamanho, por sua vez, faz todo o sistema mais barato e mais rápido de construir, e também permite algumas novas funcionalidades engenhosas no projeto da usina.

Usina protótipo

O novo reator é projetado para a pesquisa básica sobre fusão e também como uma usina protótipo que poderia produzir energia significativa. O conceito básico do reator e seus elementos associados são baseados em princípios bem testados e comprovados, desenvolvidos ao longo de décadas de pesquisa no MIT e em todo o mundo, diz a equipe.

       “O campo magnético muito maior”, diz Brandon Sörbom, “permite atingir um desempenho muito maior”.

       Fusão é a mesma reação nuclear que alimenta o sol, onde pares de átomos de hidrogênio formam o gás hélio resultando em enormes liberações de energia. A parte mais difícil é confinar o plasma superquente - uma forma de gás eletricamente carregado - enquanto se aquece a temperaturas mais altas do que os núcleos de estrelas. Este é o lugar onde os campos magnéticos são tão importantes, eles efetivamente prender o calor e as partículas no centro quente do dispositivo.

       Enquanto a maioria das características de um sistema tende a variar proporcionalmente às mudanças nas dimensões, o efeito das variações no campo magnético em reações de fusão é muito mais extremo: o ​​aumento na capacidade da fusão varia de acordo com a quarta potência do aumento no campo magnético. Assim, a duplicação do campo iria produzir um aumento de 16 vezes na potência da fusão. “Qualquer aumento do campo magnético resulta em uma grande vitória”, diz Sörbom.

Dez vezes mais capacidade

       Enquanto os novos supercondutores não produzem a duplicação da intensidade do campo, eles são fortes o suficiente para aumentar o poder de fusão por um fator de 10 comparado à tecnologia de supercondutores padrão, diz Sörbom. Esta melhoria dramática leva a um grande potencial de melhorias no reator.

       O mais poderoso reator de fusão é o ITER que está em construção na França, deverá custar cerca de US $ 40 bilhões. Sörbom e a equipe do MIT estimam que o novo projeto com metade do diâmetro do ITER (concebido antes dos novos supercondutores tornarem-se disponível), teria a mesma capacidade com uma fração do custo e em um tempo de construção mais curto.

       Mas, apesar da diferença de tamanho e força do campo magnético, o reator proposto, chamado ARC, é baseado “exatamente na mesma física”, como o ITER, afirma Dennis Whyte, professor de engenharia nuclear. “Nós não estamos extrapolando nenhum regime novinho em folha”, acrescenta.

       Outro avanço chave no novo design é um método para a remoção do núcleo energético de fusão a partir do reator em forma de anel, sem ter de desmontar o dispositivo inteiro. Isso faz com que seja adequado para a investigação que visa melhorar ainda mais o sistema usando diferentes materiais ou modelos para ajustar o desempenho.

       Além disso, assim como no ITER, os novos ímãs supercondutores permitiriam ao reator operar de maneira sustentada, produzindo uma saída de potência constante, ao contrário dos reatores experimentais atuais, que só podem funcionar durante alguns segundos de cada vez, sem sobreaquecimento nas bobinas de cobre.

Proteção líquida

Outra vantagem importante é que a maioria dos materiais sólidos de cobertura utilizados para rodear a câmara de fusão em tais reatores são substituídos por um material líquido que pode ser facilmente distribuído e substituído, eliminando a necessidade de procedimentos dispendiosos de substituição como os materiais que degradam ao longo do tempo.

       “É um ambiente extremamente severo para materiais sólidos”, diz Whyte, então substituir os materiais com um líquido poderia ser uma grande vantagem.

       Agora, como projetado, o reator deve ser capaz de produzir cerca de três vezes mais eletricidade do que é necessário para mantê-lo funcionando, mas o projeto provavelmente poderia ser melhorado para aumentar essa proporção para cerca de cinco ou seis vezes, diz Sörbom. Até agora, nenhum reator de fusão produziu tanta energia quanto ele consome, de modo que este tipo de produção de energia líquida seria um grande avanço na tecnologia da fusão, diz a equipe.

       O projeto poderia produzir um reator que iria fornecer eletricidade para cerca de 100.000 pessoas, dizem eles. Aparelhos de complexidade e dimensões semelhantes serão construídos dentro de cerca de cinco anos, dizem eles.

       “A energia de fusão será a fonte de energia elétrica mais importante da Terra no século 22, mas precisamos disso muito mais cedo para evitar o catastrófico aquecimento global”, diz David Kingham, CEO da Tokamak Energy do Reino Unido, que não estava relacionada com esta pesquisa. “Este trabalho mostra uma boa maneira de fazer progressos mais rápidos”, diz ele.

       Sobre a pesquisa do MIT, Kingham diz: “O trabalho é de qualidade excepcional. O próximo passo seria refinar o projeto e trabalhar mais detalhes de engenharia, mas o trabalho já deve chamar a atenção dos políticos, filantropos e investidores privados”.

Fonte: http://news.mit.edu/2015/small-modular-efficient-fusion-plant-0810

Usando nióbio e tântalo em produtos supercondutores (Using Niobium and Tantalum in Superconducting Products)

A empresa H.C. Starck oferece hastes e folhas de tântalo e nióbio para a fabricação de fios supercondutores de baixa temperatura, onde resfriamento criogênico é necessário para manter o material abaixo da temperatura crítica.

       A empresa também fornece serviços de extrusão de feixes de fios de grande diâmetro para atender os requisitos dos clientes. Tântalo (Ta) e nióbio (Nb) apresentam propriedades especiais, que os tornam uma opção adequada para várias aplicações com supercondutores:

    - Aceleradores de partículas

    - Equipamentos médicos (RMN e RMI)

    - Levitação magnética

    - Equipamentos de pesquisa em fusão nuclear

    - Espectroscopia de massa

As folhas e as hastes de tântalo e nióbio da H.C. Starck têm sido usadas ​​em projetos científicos de grande escala para desenvolver reatores de fusão para produção de energia limpa e em grandes experimentos de acelerador de partículas. Os supercondutores são críticos para estes experimentos que envolvem a suspensão e controladores de plasmas de alta energia.

       Durante a produção do fio supercondutor, é tomado cuidado para garantir que as hastes e as folhas tiveram sua composição química, propriedades mecânicas e rugosidade de superfície, rigorosamente controladas. Isto é importante para permitir um melhor processamento e ajuda a alcançar um fio supercondutor de alta qualidade.

       As folhas são frequentemente utilizadas como uma barreira de difusão entre o estanho e cobre, e as hastes são usadas principalmente para a produção de fios supercondutores de Nb₃Sn. Estes fios são usados ​​em aplicações de alto campo magnético.

       O tântalo é usado principalmente em supercondutores para criar uma barreira de difusão confiável e estável entre a matriz de estanho e cobre. Essa barreira de difusão começa como uma folha de tântalo, cuja largura é reduzida para apenas uma fração da sua largura original durante o curso do processo de estiramento.

       Cuidados devem ser tomados para assegurar que a camada de tântalo não seja danificada e não deve haver qualquer contato direto entre o estanho e cobre. Esta é a razão pela qual a qualidade original da superfície, a uniformidade de espessura, as propriedades mecânicas e a microestrutura tem uma grande importância. Se essas propriedades não são controladas adequadamente, isso resultaria em pobres propriedades magnéticas, rendimentos reduzidos e vários outros efeitos indesejados.

       As propriedades do nióbio são tão importantes quanto as do tântalo, mas por razões ligeiramente diferentes. Este é o lugar onde a H.C. Starck se destaca. A empresa desenvolveu processos que facilitam o controle rigoroso de todas as propriedades e parâmetros chave. A H.C. Starck continua a fazer avanços na otimização das propriedades mecânicas ou microestruturais em suas instalações.

       A Figura 1 mostra o mapa EBSD e o pólo de hastes de nióbio em seção transversal.

 

Figura 1. Mapa EBSD e pólo das hastes de nióbio em secção transversal

As especificações das hastes de nióbio e tântalo são:

    - Controle microestrutural

    - Em conformidade com a norma ASTM B392 (Nb) e B365 (Ta)

    - Propriedades mecânicas e químicas consistentes

    - Comprimento máximo: 2,5 a 7,5 m

    - Diâmetros: 10 a 100 mm

As especificações das folhas de nióbio e tântalo são:

    - Química consistente

    - Excelente qualidade de superfície

    - Propriedades mecânicas sintonizados com as necessidades dos clientes

    - Em conformidade com a norma ASTM B393 (Nb) e B708 ​​(Ta)

    - Folha: 0,25 a 2,5 milímetros de espessura, até 1m de largura

    - Outras dimensões podem ser disponibilizadas mediante pedido

H.C. Starck presta serviços de extrusão para produção de fios supercondutores de baixa temperatura (Figura 2). A prensa de 5,500 mt é integrada com controles avançados para reduções ótimas e controle dimensional preciso. A alta tonelagem leva a propriedades excelentes dos fios e melhores rendimentos.

Figura 2. Tarugo para extrusão

O tarugo para extrusão opera sob as seguintes condições:

    - Temperatura de extrusão: vasta gama, atmosfera controlada

    - Força de pressão: 5500 toneladas

    - Diâmetro do tarugo de entrada: 152 a 432 milímetros (6-17 ")

Tântalo e nióbio são materiais supercondutores de baixa temperatura que continuarão sendo utilizados em aceleradores de partículas grandes e poderosos.

       Para obter mais informações visite o site da H.C. Starck.

Fonte: http://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12082

Reator que gera energia com a mesma reação que ocorre no Sol pode ficar pronto em dez anos

A Skunk Works, divisão de tecnologia experimental da empresa aeroespacial americana Lockheed Martin, tem trabalhado em um novo design de reator de fusão nuclear que pode, segundo seus criadores, revolucionar a geração de energia global em dez anos.

       O equipamento tem o tamanho de um motor de jato, e poderia ser utilizado em aviões, naves espaciais, navios e abastecer cidades inteiras, com as dimensões apropriadas.

       A busca por um reator de fusão nuclear, mesmo processo observado no interior de estrelas, como o Sol, tem mantido cientistas das maiores empresas do ramo ocupados há anos. O grande problema desse equipamento, que poderia gerar energia limpa e constante, é que os projetos atuais exigem muita energia para manter o núcleo estável, tornando-os ineficientes.

       O desenho mais popular atualmente se originou na União Soviética, e é conhecido como Tokamak. Uma instalação de testes baseada nesse modelo está sendo construída na França, e exemplifica os desafios de engenharia encontrados para implementar essa tecnologia – com instalações enormes e produtividade suficiente apenas para uma escala experimental.

       Segundo o chefe da divisão da Lockheed Martin responsável, o novo reator de fusão nuclear portátil utiliza um design tubular, protegido por campos magnéticos gerados por imãs supercondutores, que suportaria mais plasma em seu interior – uma das limitações centrais desse tipo de equipamento.

O design do reator de fusão nuclear da Lockheed Martin

Por causa dessa incapacidade de reter plasma, os reatores do tipo Tokamak exigem estruturas enormes, como é o caso do já citado Reator Experimental Termonuclear Internacional, que deve ser concluído em 2016. “Gostaríamos de ter um protótipo em cinco gerações. Se conseguirmos manter nosso plano de fazer uma geração de design-teste a cada ano, estamos a cinco anos [desse protótipo], e já mostramos que podemos fazer isso no laboratório”, diz o Dr. Thomas McGuire, chefe da divisão encarregada do projeto.

       Depois que esse protótipo comprovasse as conclusões de sua equipe, segundo McGuire, em mais cinco anos a humanidade teria seu primeiro reator de fusão nuclear comercialmente viável. Em outras palavras, teríamos nossos próprios Sóis portáteis, capazes de fornecer energia limpa para um futuro mais sustentável.

Fonte: http://info.abril.com.br/noticias/tecnologias-verdes/2015/06/reator-que-gera-energia-com-a-mesma-reacao-que-ocorre-no-sol-pode-ficar-pronto-em-dez-anos.shtml

Construído ímã gigante para ser usado em projeto de fusão nuclear (Giant magnet built in Poway to be used in fusion energy project)

Os 48 elementos do magneto ITER devem gerar um campo magnético 200.000 vezes maior que o da Terra. Fonte: ITER.ORG

A empresa General Atomics está programada para revelar um eletroímã supercondutor de 1.000 ton para ser usado em um estudo de fusão nuclear por 35 países.

        De acordo com a empresa, o dispositivo construído que é poderoso o suficiente para levantar um porta-aviões para fora da água, será apresentado em uma conferência de imprensa em Poway, Califórnia (EUA).

        O eletroímã será utilizado nos experimentos do Reator Termonuclear Experimental Internacional (International Thermonuclear Experimental Reactor - ITER), na França, em que os cientistas vão tentar criar um plasma que demonstra a viabilidade da energia de fusão nuclear.

        Energia limpa de fusão nuclear é um santo graal para os pesquisadores que procuram alternativas à energia nuclear padrão e combustíveis baseados em carbono. Os cientistas dizem que a energia de fusão nuclear não cria resíduos de produtos de longo prazo ou riscos de colapso.

        Em seu site, o projeto ITER é descrito como um “experimento científico em grande escala destinado a provar a viabilidade da fusão nuclear como fonte de energia, e para coletar os dados necessários para a concepção e posterior operação da primeira usina de energia de fusão nuclear para produção de eletricidade”.

        Os Estados Unidos, China, Índia, Japão, Coréia do Sul, Rússia e nações da União Europeia estão envolvidos no projeto ITER. A preparação começou há sete anos no sul da França, e as operações estão programadas para iniciar em 2019, de acordo com um cronograma ITER.

        A inauguração pela General Atomics vem no rastro da notícia do mês passado que os cientistas da empresa com sede em San Diego descobriram como ímãs podem controlar rajadas de calor prejudiciais em um reator de fusão.

        A pesquisa construída em estudos anteriores mostra que campos magnéticos minúsculos podem suprimir as rajadas de calor - e agora especialistas em energia sabem como funciona o processo.

Fonte: http://fox5sandiego.com/2015/04/10/magnet-built-in-poway-to-be-used-in-fusion-energy-project/

Maior densidade de corrente elétrica da história é obtida com supercondutores (super-strong superconducting magnet achieves world record current)

Um corte transversal da amostra do condutor. Imagem: National Institutes of Natural Sciences

        O National Institute for Fusion Science (NIFS) no Japão obteve uma corrente superior a 100.000 ampere, um recorde mundial. O NIFS está desenvolvendo uma bobina supercondutora de alta temperatura que é apropriada para o ímã do reator de fusão. A grande façanha do NIFS foi a abordagem na produção de fitas supercondutoras empilhadas formando um condutor de resistência mecânica excepcional. Como resultado do teste no protótipo, à temperatura de 20K (-253 ºC), a corrente elétrica obtida foi superior a 100.000 A, com densidade de corrente maior que 40 A/mm².

Escala relativa do protótipo. Imagem: National Institutes of Natural Sciences

        Este valor é útil para uso prático em reatores de fusão nuclear que exigem fortes campos magnéticos. No teste do NIFS, 54 fitas supercondutoras de alta temperatura foram utilizadas para produzir o ímã. Cada fita é de 10 mm de largura por 0,2 mm de espessura, e a corrente elétrica flui apenas através desta área. Juntamente com o substrato excepcionalmente forte e flexível, esta área condutora foi rodeada por um invólucro de cobre e um revestimento de aço inoxidável. A corrente foi induzida por indução magnética.

       O método revolucionário de fabricação das fitas supercondutoras tem recebido muita atenção. Além disso, a grande capacidade de corrente do aparato possui também impacto no desenvolvimento de magnetos supercondutores de alta temperatura usados em instrumentos médicos e outros dispositivos elétricos.

Fonte: http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?reload=true&arnumber=6675763

A sorte está lançada: Reator de fusão nuclear é selado

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=reator-fusao-nuclear-selado&id=010115130830&ebol=sim

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/08/2013

Vista geral da construção do reator de fusão tipo estelarator, antes de seu fechamento final. [Imagem: IPP]

Esteralator

Enquanto o reator de fusão nuclear do ITER recebe o sinal verde para o início de sua montagem, o Wendelstein 7-X, na Alemanha, dá um passo ainda mais significativo.

Acabam de ser colocadas as últimas coberturas do complicado reator de fusão, selando definitivamente o invólucro onde os cientistas tentarão recriar o processo de geração de energia das estrelas.

Ao contrário do reator do ITER, que é do tipo tokamak, o reator do Wendelstein 7-X é do estelarator (stellarator).

Um tokamak é alimentado por uma corrente de plasma. Essa corrente fornece uma parte do campo magnético responsável por isolar o próprio plasma das paredes do reator - o grande desafio é evitar as instabilidades do plasma circulante pelo torus.

Um reator do tipo estelarator não tem corrente, eliminando de pronto o problema das instabilidades do plasma.

Mas o projeto tem seus próprios desafios, o que justificou a construção do Wendelstein 7-X, que, da mesma forma que o ITER, será um reator de pesquisas, para demonstrar a viabilidade do conceito.

Se tudo correr bem, ele entrará em funcionamento em 2014.

O anel retorcido do Wendelstein 7-X é formado por cinco módulos estruturalmente idênticos. [Imagem: IPP]

Janelas fechadas

O anel retorcido do Wendelstein7-X é formado por cinco módulos estruturalmente idênticos.

Cada uma das cinco seções do canal de plasma, assim como as 14 bobinas magnéticas supercondutoras, foram conectadas e revestidas por um invólucro externo de aço pesando 120 toneladas.

Cada um dos cinco módulos tem diversas "janelas", onde são conectados instrumentos de medição, bombas e mecanismos de resfriamento.

Com a soldagem da janela número 254, agora o reator de fusão, assim como a sorte do que ocorrerá lá dentro, estão totalmente selados.

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=reator-fusao-nuclear-selado&id=010115130830&ebol=sim