Energia nuclear

Energia nuclear é a energia liberada numa reação nuclear, ou seja, em processos de transformação de núcleos atômicos. Alguns isótopos de certos elementos apresentam a capacidade de se transformar em outros isótopos ou elementos através de reações nucleares, emitindo energia durante esse processo. Baseia-se no princípio da equivalência de energia e massa (observado por Albert Einstein), segundo a qual durante reações nucleares ocorre transformação de massa em energia. Foi descoberta por Hahn, Straßmann e Meitner com a observação de uma fissão nuclear depois da irradiação de urânio com nêutrons.
A tecnologia nuclear tem como uma das finalidades gerar eletricidade. Aproveitando-se do calor emitido na reação, para aquecer a água até se tornar vapor, assim movimentando um turbogerador. A reação nuclear pode acontecer controladamente em um reator de usina nuclear ou descontroladamente em uma bomba atômica. Em outras aplicações aproveita-se da radiação ionizante emitida.

 

Tipos de reações nucleares

A reação nuclear é a modificação da composição do núcleo atômico de um elemento, podendo transformar-se em outro ou outros elementos. Esse processo ocorre espontaneamente quando não acontece metamorfose em alguns elementos. O caso mais interessante é a possibilidade de provocar a reação mediante técnicas de bombardeamento de nêutrons ou outras partículas. Existem duas formas de reações nucleares: a fissão nuclear, onde o núcleo atômico subdivide-se em duas ou mais partículas; e a fusão nuclear, na qual ao menos dois núcleos atômicos se unem para formar um novo núcleo.

Exemplo

Apenas um exemplo das mais de 1000 possíveis fissões de urânio-235: Urânio captura um nêutron, torna-se instável e fraciona em bário e criptônio com emissão de dois nêutrons.

Com esta reação Hahn e Strassmann demonstraram a fissão em 1938 através da presença de bário na amostra, usando espectroscopia de massa.

História da energia nuclear

Ernest Rutherford, o descobridor do núcleo atômico, estava fazendo pesquisas sobre a configuração do átomo em livros de uma biblioteca, e descobriu, através do uso dos raios catódicos, que estes poderiam ser modificados através de bombardeamento com partículas rápidas. Com a descoberta do nêutron ficou claro que deveriam existir muitas possibilidades dessas modificações. Enrico Fermi suspeitava que o núcleo ficaria cada vez maior acrescentando nêutrons. Ida Noddack foi a primeira a suspeitar que "durante o bombardeamento de núcleos pesados com nêutrons, estes poderiam quebrar-se em pedaços grandes, que são isótopos de elementos conhecidos, mas não vizinhos dos originais na tabela periódica"
A fissão nuclear foi descoberta por Otto Hahn e Fritz Straßmann em Berlim-1938 e explicada por Lise Meitner e Otto Frisch (ambos em exílio na Suécia) logo depois, com a observação de uma fissão nuclear depois da irradiação de urânio com nêutrons.

Otto Hahn e Lise Meitner no laboratório

A primeira reação em cadeia foi realizada em dezembro de 1942 em um reator de grafite de nome Chicago Pile 1 (CP-1), no contexto do projeto Manhattan com a finalidade de construir a primeira bomba atômica, sob a supervisão de Enrico Fermi na Universidade de Chicago.

Tipos de reatores

Reatores de fissão

Existem vários tipos de reatores, de água leve (ingl. Light Water reactor ou LWR), reatores de água pesada (ingl. Heavy Water Reactor ou HWR), reator de rápido enriquecimento ou "reatores incubadores" (ingl. Breeder reactor) e outros, dependendo da substância moderador usada. Um reator de rápido enriquecimento gera mais material físsil (combustível) do que consome. A primeira reação em cadeia foi realizada num reator de grafite. O reator que levou o acidente nuclear de Chernobyl também era de grafite. A maioria dos reatores em uso para geração de energia elétrica no mundo são do tipo água leve. A nova geração de usinas nucleares, denominada G3+, incorpora conceitos de segurança passiva, pelos quais todos os sistemas de segurança da usina são passivos, o que as tornam intrinsecamente seguras. Como reatores da próxima geração (G4) são considerados reatores de sal fundido ou MSR (ingl. molten salt reactor). Ainda em projeto conceitual, será baseada no conceito de um reator de rápido enriquecimento.

Reatores de fusão

Ver artigo principal: Fusão nuclear, Tokamak

O emprego pacífico ou civil da energia de fusão está em fase experimental, existindo incertezas quanto a sua viabilidade técnica e econômica.
O processo baseia-se em aquecer suficientemente núcleos de deutério até obter-se o estado plasmático. Nesse estado, os átomos de hidrogênio se desagregam permitindo que ao se chocarem ocorra entre eles uma fusão produzindo átomos de hélio. A diferença energética entre dois núcleos de deutério e um de hélio será emitida na forma de energia que manterá o estado plasmático com sobra de grande quantidade de energia útil.
A principal dificuldade do processo consiste em confinar uma massa do material no estado plasmático já que não existem reservatórios capazes de suportar as elevadas temperaturas a ele associadas. Um meio é a utilização do confinamento magnético.
Os cientistas do projeto Iter, no qual participam o Japão e a União Europeia, pretendem construir uma central experimental de fusão para comprovar a viabilidade econômica do processo como meio de obtenção de energia.

Método para obtenção da energia elétrica por fonte nuclear

Esquema de uma Usina Nuclear

A energia elétrica gerada por uma fonte nuclear é obtida a partir do calor da reação do urânio. A queima ^{nota 1} do combustível produz calor que ferve a água de uma caldeira transformando-a em vapor. O vapor movimenta uma turbina que dá partida a um gerador que produz a eletricidade. A figura esquematiza esta sequência.¹
Nos reatores as reações acontecem de maneira controlada, enquanto que nas bombas atômicas a reação em cadeia ^{nota 2} processa-se integralmente em um tempo muito curto, liberando de modo explosivo toda a energia armazenada no material fissionável^{nota 3} , urânio ou plutônio.
Um átomo é composto por um núcleo e pelos elétrons que ocupam a região ao redor do núcleo, que são muito leves e têm carga elétrica negativa. Dentro do núcleo, há dois tipos de partículas, os prótons e os nêutrons. O número de prótons é sempre igual ao número dos elétrons, num átomo eletricamente neutro, mas sua carga é positiva. Os nêutrons variam em número sendo mais numerosos quanto mais pesado for o átomo, e são eletricamente neutros. No urânio presente na natureza são encontrados átomos, que têm em seu núcleo 92 prótons e 143 nêutrons (cuja soma é 235), átomos com 92 prótons e 142 nêutrons (234) e outros ainda, com 92 prótons e 146 nêutrons (238). Como o número de prótons e elétrons é sempre igual (92), pode-se dizer que esses são quimicamente iguais e são chamados de isótopos do mesmo elemento.¹
Para diferenciá-los, usa-se o símbolo químico do elemento e no canto esquerdo um número, de acordo com seu peso atômico , da seguinte forma ^ZU, onde Z é a soma do número de prótons e o número de nêutrons. No caso do Urânio: ²³⁴U, ²³⁵U e ²³⁸U.
O choque de um nêutron livre com o isótopo ²³⁵U causa a divisão do núcleo desse isótopo em duas partes, e ocasiona uma liberação relativamente alta de energia. Dá-se a esse fenômeno o nome de fissão nuclear.

Bomba atômica

Ver artigo principal: Bombardeamentos de Hiroshima e Nagasaki

As bombas nucleares fundamentam-se na reação nuclear (i.e. fissão ou fusão nuclear) descontrolada e portanto explosiva.
A eficácia da bomba atômica baseia-se na grande quantidade de energia liberada e em sua toxicidade, que apresenta duas formas: radiação e substâncias emitidas (produtos finais da reação e materiais que foram expostos à radiação), ambas radioativas. A força da explosão é de 5 mil até 20 milhões de vezes maior, se comparada a explosivos químicos. A temperatura gerada em uma explosão termonuclear atinge de 10 até 15 milhões de graus Celsius no centro da explosão.
Na madrugada do dia 16 de julho de 1945, ocorreu o primeiro teste nuclear da história, realizado no deserto de Alamogordo, Novo México, o chamado Trinity test.

A explosão de Trinity

O segundo, empregado pela primeira vez para fins militares durante a Segunda Guerra Mundial, foi na cidade japonesa de Hiroshima e o terceiro, na cidade de Nagasaki. Essas explosões mataram ao todo cerca de 155.000 pessoas imediatamente, além de 110.000 pessoas que morrerem durante as semanas seguintes, em consequência dos efeitos da radioatividade. Além disso, suspeita-se que até hoje mais 400.000 morreram devido as efeitos de longo prazo da radioatividade ²
As bombas termonucleares são ainda mais potentes e fundamentam-se em reações de fusão de hidrogênio ativadas por uma reação de fissão prévia. A bomba de fissão é o ignitor da bomba de fusão devido à elevada temperatura para iniciar o processo da fusão.

Toxicidade de radioativos

A toxicidade baseia-se na radiação emitida pelas substâncias envolvidas na reação nuclear. Assim, tanto o material utilizado, quanto todo entorno serão fonte de radioatividade e, portanto, tóxicos.
A descobridora da radiação ionizante, Marie Curie, sofreu envenenamento radioativo, em 1898, por manipular materiais radioativos levando a inflamação nas pontas dos dedos e no final da vida ela sofreu e morreu de leucemia.

Aplicação civil

A fissão nuclear do urânio é a principal aplicação civil da energia nuclear. É usada em centenas de centrais nucleares em todo o mundo, principalmente em países como a França, Japão, Estados Unidos, Alemanha, Suécia, Espanha, China, Rússia, Coreia do Norte, Paquistão e Índia, entre outros.
A percentagem da energia nuclear na geração de energia mundial é de 6,5% (1998, UNDP) e de 16% na geração de energia elétrica. No mês de janeiro de 2009 estavam em funcionamento 210 usinas nucleares em 31 países com ao todo 438 reatores produzindo a potência elétrica total de 372 GW.

País	Em funcionamento			Desligado			Em construção			Geração de energia elétrica
	Nú- mero	Potência líquida em MW	Potência bruta em MW	Nú- mero	Potência líquida em MW	Potência bruta em MW	Nú- mero	potência líquida em MW	Potência bruta em MW	2006 em TWh	Percen- tagem em %
África do Sul	2	1.800	1.888	–	–	–	–	–	–	10,1	4
Alemanha	9 3	12.004	12.607	27	14.365	15.083	–	–	–	158,7	26
Argentina	2	935	1.005	–	–	–	1	692	745	6,9	7
Arménia	1	376	408	1	376	408	–	–	–	2,4	42
Bélgica	7	6.092	5.801	1	11	12	–	–	–	44,3	54
Brasil	2	1.901	2.007	–	–	–	1	1.405	1.500	13,8	3
Bulgária	2	1.906	2.000	4	1.632	1.760	2	1.906	2.000	18,1	44
Canadá	18	12.584	13.360	–	–	–	7	3.046	3.243	92,4	16
Cazaquistão	–	–	–	1	52	90	–	–	–	–	–
China	11	8.587	9.078	–	–	–	5	4.220	4.534	54,8	2
Coreia do Sul	20	16.810	17.716	–	–	–	4	3.800	4.000	141,2	39
Eslováquia	5	2.034	2.200	2	518	584	–	–	–	16,6	57
Eslovênia	1	666	730	–	–	–	–	–	–	5,3	40
Espanha	8	7.450	7.728	2	621	650	–	–	–	57,4	20
Estados Unidos	104	99.210	105.664	28	9.764	10.296	1	1.165	1.218	787,2	19
Finlândia	4	2.676	2.780	–	–	–	1	1.600	1.720	22,0	20
França	59	63.363	66.130	11	3.951	4.098	1	1.600	1.650	428,0	78
Países Baixos	1	482	515	1	55	58	–	–	–	3,3	4
Hungria	4	1.755	1.866	–	–	–	–	–	–	12,5	38
Índia	17	3.732	3.900	–	–	–	6	2.910	3.160	15,6	3
Irã	–	–	–	–	–	–	1	915	1.000	–	–
Itália	–	–	–	4	1.423	1.472	–	–	–	–	–
Japão	04			56	566	624	1	866	912	291,5	30
Lituânia	1	1.185	1.300	1	1.185	1.300	–	–	–	8,7	70
México	2	1.360	1.364	–	–	–	–	–	–	10,4	5
Paquistão	2	425	462	–	–	–	1	300	325	2,5	3
Reino Unido	19	10.982	11.902	26	3.324	3.810	–	–	–	69,2	19
República Checa	6	3.538	3.742	–	–	–	–	–	–	24,5	32
Roménia	2	1.310	1.412	–	–	–	–	–	–	5,2	9
Rússia	31	21.743	23.242	5	786	849	7	4.585	4.876	144,3	16
Suécia	10	8.916	9.275	3	1.210	1.242	–	–	–	65,0	48
Suíça	5	3.220	3.372	–	–	–	–	–	–	26,3	37
Taiwan	6	4.884	5.144	–	–	–	2	2.600	2.700	37,0	22
Ucrânia	15	13.107	13.835	4	3.500	3.800	2	1.900	2.000	84,8	48
Mundo	432	362.626	382.858	125	43.339	46.407	42	32.105	34.083	2.660	17

Energia nuclear no Brasil – dados de consumo

Estrutura da participação de diversas fontes de energia no Brasil. Dados 2007

A energia elétrica é fator essencial para assegurar o crescimento econômico do país e a qualidade de vida da sua população, porém, os recursos hídricos disponíveis nas proximidades dos principais centros consumidores estão se esgotando.
Além disso, os licenciamentos ambientais dos aproveitamentos hídricos remanescentes e economicamente viáveis estão se tornando cada vez mais difíceis.
No quadro geral de geração de energia no Brasil, entre todas as formas comercialmente viáveis, o percentual de participação por fonte nuclear e de outras fontes é mostrado na figura 2, verifica-se o baixo aproveitamento com relação ao urânio e seus derivados, apenas 1,40%.¹
O Brasil possui a sexta maior reserva mundial de urânio e instalações industriais do Ciclo do Combustível, operadas pela INB (Indústrias Nucleares do Brasil), que nos garante independência no suprimento de combustível nuclear.
Segundo a INB, com o aumento da extração de urânio, a quantidade será suficiente para suprir a demanda de combustível das usinas nucleares brasileira, Angra 1, 2 e 3 e de mais oito usinas de 1 GW, previstas no Plano Nacional de Energia 2030 (PNE 2030), para suprir a exigência dos 8GW à matriz energética brasileira , mantendo-se o atual crescimento do PIB em torno de 5,2% anual.

Consumo per Capita de Eletricidade em 2006 em kWh/habitante

O consumo de energia elétrica por habitante no Brasil (aproximadamente 2.000 kWh/hab) é muito baixo quando comparado com países mais desenvolvidos (cerca de 8.000 kWh/hab no Japão, 7.000 kWh/hab na Alemanha e 13.500 kWh/ hab nos Estados Unidos) e, portanto, o país precisa de novas fontes de energia para assegurar o seu crescimento industrial e o bem-estar da população.
Em 2002, as usinas nucleares do Brasil, Angra I e Angra II produziram juntas um total de 13,8 TWh. Quando entrar em operação, Angra III produzirá aproximadamente 10 TWh por ano.
Com essa produção, o Brasil ocupará o 25º lugar no ranking Participação da Energia Nuclear na Produção de Energia Elétrica, conforme mostra tabela .

Vantagens da energia nuclear

A principal vantagem da energia nuclear é a não utilização de combustíveis fósseis. Considerada como vilã no passado, a Energia Nuclear passou gradativamente a ser defendida por ecologistas de nome como James E. Lovelock por não gerarem gases de efeito estufa. Estes ecologistas defendem uma virada radical em direção à energia nuclear como forma de combater o aquecimento global argumentando que particularmente áreas contaminadas por acidentes nucleares como a região de Chernobyl se tornam em parques ecológicos perfeitos com natureza plena e selvagem.⁵
Em comparação com a geração hidrelétrica, a geração a partir da energia nuclear apresenta a vantagem de não necessitar o alagamento de grandes áreas para a formação dos lagos de reservatórios, evitando assim a perda de áreas de reservas naturais ou de terras agriculturáveis, bem como a remoção de comunidades inteiras das áreas que são alagadas. Outra vantagem da energia nuclear em relação à geração hidrelétrica é o fato de que a energia nuclear é imune à alterações climáticas futuras que porventura possam trazer alterações no regime de chuvas.
Já que a maior parte (cerca de 96%) do combustível nuclear queimado é constituída de Urânio natural, uma grande parte do combustível utilizado nos reatores nucleares é reprocessado em plantas de reprocessamento como a Urenco no Novo México. Cerca de 60% do combustível nuclear é mandado diretamente para o reprocessamento. O reprocessamento visa re-enriquecer o urânio exaurido, tornando possível que ele seja novamente utilizado como combustível.
A parte do combustível que não é reprocessada imediatamente é armazenada para reprocessamento futuro, ou é armazenada semi-definitivamente em depósito próprio.
Cerca de 4% do total do combustível queimado é constituído dos chamados produtos de fissão e da série dos actinídeos, que são originados a partir da fissão do combustível nuclear. Estes podem incluir elementos altamente radioativos como o Plutônio, Amerício e Césio. Atualmente esses elementos são separados do urânio que será reprocessado e são armazenados em depósitos projetados especificamente para armazenamento de elementos radioativos ou utilizados em pesquisas. O Plutônio tem valor estratégico e científico particularmente alto por ser utilizado na fabricação de armamentos nucleares e também para pesquisas relacionadas aos chamados Fast Breed Reactors, que são reatores que operam utilizando uma combinação de urânio natural e plutônio como combustível. O Plutônio também é utilizado como combustível de satélites artificiais.⁶ .

Desvantagens da energia nuclear

Resíduos radioativos

Ver artigo principal: Lixo atômico

O rejeito radioativo de usinas nucleares é normalmente baixo, mas representa um problema pois os elementos contidos no combustível queimado, principalmente os produtos de fissão, demoram um tempo muito longo para decairem em outros elementos e apresentam alta radioatividade, portanto é necessário que eles fiquem confinados em um depósito próprio onde não possa haver nem interferência humana externa nem interferência ambiental (já que a inteferência ambiental pode causar vazamentos e deslocamento dos elementos).
Mesmo não representando considerável perigo na forma conhecida por "intoxicação metais pesados", o plutônio mostra-se particularmente tóxico se inalado. Sua toxidade por inalação supera em cerca de 10.000 vezes sua toxidade por ingestão, e a aspiração de minúsculas quantidades deste elemento pode levar - a médio prazo - a uma morte por câncer de pulmão.⁷ Na década de 80 o físico Ralph Nader afirmou que com apenas um quilograma de Plutônio-239 seria teoricamente possível a extinção da população humana a longo prazo (considerado uma dose letal por inalação de poucos microgramas e os danos genéticos com uma dose mutagênica de poucos nanogramas). ^{8 9 10} . Essa afirmação só é verdadeira quando não é considerado que existe uma dose não fatal de plutônio. Em 1989 o físico Bernard L. Cohen desafiou Ralph Nader, propondo ingerir a quantidade de plutônio que Ralph Nader usou para fazer essa afirmação. Ralph Nader recusou o desafio ^{11 12} . Levando em conta quanto plutonio é realmente absorvido na inalação e o tempo de exposição, é possível calcular o número de mortes para 2 milhões por libra, ou 0.45 quilos, mostrando o plutônio como menos tóxico do que o anthrax ¹³ .Em um ano, um reator nuclear de 1200 MW (como p. ex. o de Angra 2) produz 265kg desse material, que tem uma meia-vida de 24.000 anos, e há material de sobra para se produzirem danos consideráveis às populações humanas e meio ambiente em geral.

Acidentes nucleares

Ver artigo principal: Acidente nuclear de Chernobyl, Acidente nuclear de Fukushima I

O acidente no reator de Chernobyl (ex-URSS) contaminou radioativamente uma área de aproximadamente 150.000km² (corresponde mais de três vezes o tamanho do estado do Rio de Janeiro), sendo que 4.300km² possuem acesso interditado indefinidamente. Até 180 quilômetros distantes do reator situam-se áreas com uma contaminação de mais de 1,5 milhões de Becquerel por km², o que as deixa inabitáveis por milhares de anos.
Um reator nuclear precisa de resfriamento, mesmo em estado desligado, pois os processos de decaimento espontâneos desenvolvem uma quantidade de calor que pode chegar até 10% da força máxima do reator. Caso todos os sistemas de resfriamento falhem, o reator se esquenta, fazendo com que os metais dos combustíveis entrem em fusão, que acontece a temperaturas em volta de 2000°C. Nesse caso existe perigo do combustível fundir um buraco no contêiner de segurança, com a inevitável contaminação radioativa dos arredores da usina. Para evitar tal caso, uma usina nuclear tem cascatas de sistemas de resfriamento.
A falha de resfriamento pode ser causado por erros humanos, impacto de catástrofes naturais ou ataques terroristas. Foram falhas de funcionários no caso do acidente da usina Three Mile Island perto de Harrisburg, Pennsylvania, E.U.A que levou a destruição completa do reator e o vazamento de substâncias radioativas com mais de 1,6 · 10¹⁵ Bq no dia 28 de março de 1979 (nível 5 na escla INES).
Um terremoto da 8,9 na escala Richter e o subsequente tsunami levou ao acidente nuclear de Fukushima I (nível 7 na escala INES). A falha de resfriamento fez os níveis de água nos tanques de de arrefecimento baixar, provocando aquecimento dos combustíveis e a formação de hidrogênio em 4 dos 6 blocos da central. As seguintes explosões destruiram os prédios e causaram vazamentos em contêineres de segurança com liberação de materias radioativos.
Em 1993 uma pessoa demente ultrapassou as barricadas de segurança da usina "Three Mile Island" com um carro e chegou até o salão de turbinas. Nesse momento o reator estava em operação sob plena carga. Foi condenada sob acusação de causar ou arriscar a uma catástrofe e internada em psiquiatria.¹⁴

Perigos aos funcionários

Principalmente todo funcionário operando na proximidade de substâncias radioativas está exposto ao risco de contaminação e portanto deve cumprir regras rígidas de segurança radiológica. Mesmo assim, já aconteceram vários imprevistos na história da energia nuclear, nem todos classificados pela Agência Internacional de Energia Nuclear (IAEO).¹⁵
Um funcionário do instituto de pesquisa nuclear belga em Mol (EURATOM) sofreu um acidente em 1980 que o expôs a Plutônio-239 e provavelmente o levou a morte por leucemia 8 anos depois. Pesquisas feitas em cachorros, motivadas por esse incidente, demonstraram que 3,24 microgramas de Plutônio-239 absorvidos pelo pulmão resultam em morte por câncer. ¹⁶

Segurança

A Agência Internacional de Energia Atómica alertou que terroristas poderiam vir a comprar resíduos radioativos, por exemplo de países da ex-URSS ou de países com ditaduras que usam tecnologias nucleares, tais como Irã ou Coreia do Norte, e construir uma chamada "bomba suja".
O quão fácil é desviar materiais altamente radioativos é demonstrado pelo exemplo do acidente radiológico de Goiânia, no Brasil em 1987, onde uma cápsula contendo Césio-137 foi encontrada por moradores em um lixão, contida dentro de uma máquina hospitalar em um hospital abandonado.¹⁷
Uma usina nuclear, justamente por lidar com algo potencialmente perigoso e que já resultou em acidentes no passado, tem normas de segurança tanto nacionais quanto internacionas que garantem que cada procedimento seja feito de acordo com todos os padrões de segurança. A Agência Internacional de Energia Atômica é um orgão internacional regulatório que salva-guarda a construção e uso da energia nuclear no mundo. Os requisitos para a obtenção de salva-guarda são severos e reconhecidos pela exigência em relação à segurança e operação de usinas nucleares; sem uma salva-guarda, um país é proibido de realizar a construção de instalações nucleares. Um dos requisitos para a obtenção de salva-guarda é que a instalação em questão deve ser supervisionada durante toda a sua existência por um grupo internacional de supervisores especializados em segurança radiológica e nuclear.

Gases de estufa

Os insumos necessários e auxiliares à produção da energia nuclear, como a fabricação de recipientes próprios e refinamento do combustível nuclear, ou seja, para operacionalizá-la de forma geral, leva a uma consequente produção de gases de estufa entre 3 e 6 vezes maior comparada com a energia hídrica e eólica.¹⁸

Etapas do ciclo do combustível

O elemento químico urânio é um metal encontrado em formações rochosas da crosta terrestre. Na usina de beneficiamento, o urânio é extraído do minério, purificado e concentrado sob a forma de um sal de cor amarela, conhecido como yellowcake, matéria prima para produção da energia gerada em um reator nuclear.
Na usina de conversão, o urânio sob a forma de yellowcake, é dissolvido e purificado, obtendo-se então o urânio nuclearmente puro. A seguir, é convertido para o estado gasoso, o hexafluoreto de urânio (UF₆), a partir do qual se obtém enriquecimento do urânio. Nesta etapa aumenta-se a concentração do ²³⁵U acima do natural, que é de apenas 0,71% de ²³⁵U , para em torno de 3%, o que permite sua utilização como combustível para geração de energia elétrica.
O hexafluoreto de urânio enriquecido (UF₆) é então transformado em dióxido de urãnio (UO₂). A reconversão é o retorno do gás UF₆ ao estado sólido, sob a forma de pó UO₂ . É a reconversão que permite a sua utilização como combustível. Este pó é transformado em pastilhas de UO₂ , que possuem a forma de um cilindro com cerca de um centímetro de comprimento. Estas são então submetidas a diversos testes - dimensionais, metalográficos e químicos - para então compor o elemento combustível.¹
Após o processo de maturação da pastilha, sob temperaturas de 1750°C são montados os elementos combustível, compostos pelas pastilhas de dióxido de urânio montadas em tubos de uma liga metálica especial. Um elemento combustível tem capacidade de fornecer energia para cerca de 42.000 residências médias durante um mês .

Energia Nuclear e Impacto Ambiental

Ao discutirmos a Energia Nuclear e seus aspectos ligados ao meio ambiente, devemos primeiro conhecer o chamado ciclo do elemento combustível nuclear. Utiliza-se o termo elemento para designar o arranjo de varetas contendo o urânio encapsulado, que será consumido durante o funcionamento dos reatores nucleares. Esse ciclo inicia-se na etapa de mineração de urânio. A percentagem de urânio nos minérios, normalmente, é baixa, menos do que 1%. Desse modo, grandes quantidades de material têm de ser trabalhadas para se obter a quantidade necessária de urânio para o funcionamento de um reator nuclear durante um ano.¹⁹
Se não for adequadamente planejada, como qualquer atividade de mineração de grande porte, a mineração de urânio pode causar forte impacto ambiental. Esse planejamento deve incluir, entre outros, questões como: a geração de poeiras, a utilização das águas e a recuperação da área degradada após o fechamento do empreendimento.
Como consequência do baixo teor de urânio, grandes volumes de minério teriam de ser transportados e o custo do transporte para o seu processamento, em algum local distante da mineração iria inviabilizar financeiramente o empreendimento. Dessa forma, associa-se a mineração de urânio ao seu processamento. Durante essa etapa, o minério é tratado com ácido sulfúrico visando a solubilizar o urânio. Após, ele encontra-se na forma de íons uranila (UO₂⁺²). Segue-se a precipitação do urânio com di-uranato de amônio [(NH₄)₂U₂O₇] , comumente chamado de yellow-cake ou bolo amarelo, segundo a reação abaixo.

Com exceção dos reatores do tipo BWR (Boiling Water Reactor - reatores de água fervente), todos os reatores nucleares de potência, ou seja, destinados à produção de energia elétrica, utilizam elemento combustível enriquecidos em ²³⁵U. A percentagem isotópica natural é de 0,73% , enquanto que reatores PWR (Pressurized Water Reactor - reatores de água pressurizada) empregam elemento combustível com cerca de 4% de ²³⁵U. Os processos de enriquecimento de urânio usam uma espécie gasosa contendo urânio: o hexafluoreto de urânio (UF₆) Assim sendo, a etapa seguinte do processo é a conversão do (NH₄)₂U₂O₇ em UF₆.
Para converter-se o (NH₄)₂U₂O₇ em UF₆,são necessárias as etapas abaixo:




O hexafluoreto de urânio é, então, utilizado no processo de enriquecimento. No Brasil, emprega-se o enriquecimento através de ultracentrífugas e, como o fator de enriquecimento obtido em cada estágio é baixo, utiliza-se um conjunto dessas unidades chamado de cascata.
O impacto radiológico ambiental dessas duas unidades é considerado baixo e o maior problema ambiental está relacionado com o emprego de HF e de F₂ , ambos bastante tóxicos e corrosivos.
Certamente, por questões de segurança, o emprego do urânio na forma gasosa em reatores nucleares não seria algo dos mais aconselháveis. Por essa razão, a etapa seguinte ao enriquecimento é chamada de reconversão, ou seja, ao contrário da etapa de conversão, temos a transformação do UF₆ (gás) em UO₂ (sólido).
Um reator nuclear de potência do tipo PWR – como os existentes em Angra dos Reis – trabalha com uma sequência de barreiras de contenção, a fim de que os produtos da fissão do urânio não atinjam o meio ambiente. A primeira dessas barreiras é a própria pastilha de urânio enriquecido.
O elemento combustível nuclear é um arranjo de vareta, produzido em uma liga metálica à base de zircônio chamada de Zircalloy. No interior dessas varetas, existem pastilhas cerâmicas de UO₂.
Portanto, as varetas são consideradas a segunda barreira. O reator nuclear de Angra 2 possui 193 desses conjuntos contendo cada um 236 varetas, perfazendo um total de 45.548 varetas. Os elementos combustíveis permanecem cerca de três anos no núcleo do reator, período durante o qual a percentagem de ²³⁵U diminui para cerca de x%.

Acidente nuclear

 

Este artigo descreve os principais acidentes nucleares envolvendo dispositivos nucleares e materiais radioativos. Em alguns casos uma contaminação radioativa acontece, mas em muitos casos o acidente envolve uma fonte selada ou a libertação de radioatividade pequena, enquanto a radiação direta é grande. Devido à confidencialidade do governo e da indústria, nem sempre é possível determinar com certeza a freqüência ou a extensão de alguns eventos no início da história da indústria nuclear. Nos dias atuais, acidentes e incidentes que resultem em ferimentos, mortes ou séria contaminação ambiental tendem a ser melhores documentados pela Agência Internacional de Energia Atómica.
Devido à diferente natureza dos eventos, é melhor dividi-los em acidentes “nucleares” e "de radiação”. Um exemplo de acidente nuclear pode ser aquele no qual o núcleo do reator é danificado, tal como em Three Mile Island, enquanto um acidente de radiação pode ser um evento de acidente de Medicina Nuclear, onde um trabalhador derruba a fonte de radiação (a substância radioativa: o radionucleotídeo) num rio. Estes acidentes de radiação, tais como aqueles envolvendo fontes de radiação, como os radionucleotídeos usados para a elaboração de radiofármacos, frequentemente têm tanta ou mais probabilidade de causar sérios danos aos trabalhadores e ao público quanto os bem conhecidos acidentes nucleares, possivelmente porque dispositivos de Tomografia por emissão de positrões (PET), a cintilografia e a radioterapia (braquiterapia), designadamente, estão presentes em muitos dos hospitais e o público em geral desconhece seus riscos. Foi o caso, por exemplo, do acidente radiológico de Goiânia, Brasil.
Acidentes de radiação são mais comuns que acidentes nucleares, e são freqüentemente de escala limitada. Por exemplo, no Centro de Pesquisa Nuclear de Soreq, um trabalhador sofreu uma dose que era similar à mais alta dose sofrida por um trabalhador no local do acidente nuclear de Chernobil no primeiro dia. Porém, devido ao fato de que a fonte gama não era capaz de passar o invólucro de concreto de dois metros de espessura, ela não foi capaz de ferir muitos outros.
A página na internet que lida com acidentes recentes é [1]. A significância de acidentes nucleares pode ser avaliada usando a Escala de Eventos Nucleares da Agência Internacional de Energia Atómica.
A Comissão Nuclear Reguladora dos Estados Unidos registra relatórios de incidentes em instalações regulamentadas. Esta agência atualmente (2006) usa uma taxonomia de quatro níveis para classificar os incidentes reportados:

• notificação de evento não-usual;
• alerta;
• emergência na área da instalação;
• emergência geral.

Nem todos os eventos relatados constituem acidentes. Incidentes que ameacem a operação normal ou a segurança da instalação podem ser relatados, mas não resultam na liberação de radiatividade.
O Departamento de Energia dos Estados Unidos usa uma classificação similar para eventos ocorridos no ciclo de combustível e instalações de propriedade do governo que são monitoradas, portanto, pelo Departamento de Energia em vez da Comissão Nuclear Reguladora.

Vias de contaminação radiativa aérea para o ser humano

Tipos de acidente

Existem vários tipos de eventos constituídos Acidente Nuclear. São eles:

Acidente de perda do resfriamento

Ver também Derretimento nuclear

Acidentes críticos

O acidente em Chernobil é um exemplo de acidente crítico e de escape de energia em reatores nucleares. No acidente de menor escala em Sarov, um homem trabalhando com urânio altamente enriquecido sofreu irradiação quando tentava realizar uma experiência com uma esfera de material físsil. O acidente de Sarov é interessante porque o sistema permaneceu em estado crítico durante muitos dias até que pudesse ser detido. Este é um exemplo de um acidente de âmbito limitado em que poucas pessoas podem sofrer ferimentos, já que não se produz escape de radioatividade. Um exemplo bem conhecido deste tipo de acidente ocorreu no Japão em 1999. [2].

Deterioração térmica

São os produzidos por operação fora dos limites de temperatura de funcionamento de um reator. Por exemplo, em Three Mile Island, o vazamento do líquido de refrigeração uma vez interrompida a reação nuclear, em um reator de água pressurizada, produziu um acréscimo de temperatura por falta de água para resfriá-lo. Como resultado o combustível nuclear sofreu danos e a estrutura interna do reator fundiu-se.

Transporte

Acidentes de transporte podem causar uma liberação de radioatividade resultando na contaminação ou danos na blindagem causando irradiação direta. Em Cochabamba um aparelho de radiografia com raios gama com defeito foi transportado num ônibus de passageiros como carga. A fonte gama estava fora da blindagem, e irradiou alguns passageiros.
No Reino Unido, foi revelado em um recente caso judicial que uma fonte de radioterapia foi transportada de Leeds a Sellafield em blindagem com defeito. A blindagem tinha uma abertura na parte inferior. Considerou-se que nenhum ser humano foi seriamente ferido pela radiação que escapou.

Falha do equipamento

Falha no equipamento é um tipo de acidente possível. Recentemente em Białystok, na Polônia, os dispositivos eletrônicos associados a um acelerador de partículas, usado para o tratamento de câncer, tiveram um mau funcionamento. Isto levou pelo menos um paciente a sofrer sobre-exposição. Embora a falha inicial fosse simples -(um diodo semi condutor)-, ela desencadeou uma série de eventos que levaram a ferimentos por radiação.
Outra causa relatada de acidentes é a falha do software de controle, como nos casos envolvendo o equipamento de radioterapia Therac-25: a eliminação do intertravamento de segurança por hardware em um novo modelo expôs um defeito não detectado previamente no software de controle, o qual poderia levar os pacientes a receber doses excessivas de radiação sob condições de ajuste específicas..

Erro humano

O erro humano foi responsável por muitos acidentes. Por exemplo, uma pessoa que calcula erradamente a atividade da fonte de teleterapia. Isto levaria o paciente a receber a dose errada de raios gama. No caso de acidentes de radioterapia, uma sub-exposição é um acidente tanto quanto uma sobre-exposição, já que os pacientes não receberiam os benefícios do tratamento prescrito. Também os seres humanos cometem erros, enquanto operam equipamentos e instalações, que têm resultado em overdoses de radiação, tal como nos acidentes de Nevvizh e Soreq.
Em 1946, o físico canadense Louis Slotin, do Projeto Manhattan, realizou um experimento de risco conhecido como “cutucando o rabo do dragão” que envolvia dois hemisférios de berílio reflector de nêutrons, mantidos juntos em torno de um núcleo de plutônio levando à sua criticalidade. Os hemisférios foram distanciados por uma chave de fendas, que escorregou e levou a uma reação em cadeia, enchendo a sala com radiação danosa e um flash de luz azul (devido à ionização do ar). Slotin, por reflexo, separou os hemisférios em reação ao flash de luz azul, evitando radiação adicional aos demais trabalhadores presentes na sala. Porém Slotin absorveu uma dose letal de radiação e morreu na semana seguinte.

Perda de fonte

Acidentes por perda de fonte são aqueles em que uma fonte radioativa é perdida, roubada ou abandonada. A fonte pode então causar danos a seres humanos ou ao ambiente. Por exemplo, ver o evento em Lilo onde fontes foram abandonadas pelo exército soviético. Outro caso ocorreu em Yanango, onde uma fonte de radiografia foi perdida. Também em Samut Prakarn uma fonte de teleterapia de cobalto foi perdida e em Gilan, no Irã, uma fonte de radiografia feriu um soldador. Porém o melhor exemplo deste tipo de evento é o acidente de Goiânia que ocorreu no Brasil.

Outros

Alguns acidentes desafiam classificações. Estes acidentes acontecem quando o inesperado acontece com uma fonte radiativa. Por exemplo, se um pássaro pega uma fonte radiativa contendo rádio de uma janela e voa longe com ela, retornando ao seu ninho e então o pássaro morre brevemente de irradiação direta e este seria o caso de uma pequeno acidente com radiação. Se o ato de colocar a fonte na janela por um humano foi o evento que permitiu à ave o acesso à fonte, não é claro como tal acidente deveria ser classificado (se como uma perda de fonte ou alguma coisa mais).

Reator nuclear

 

Um reator nuclear (AO 1945: reactor nuclear) é uma câmara de resfriamento hermética, blindada contra a radiação, onde é controlada uma reação nuclear para a obtenção de energia, produção de materiais fissionáveis como o plutônio para armamentos nucleares, propulsão de submarinos e satélites artificiais ou para pesquisas.
Uma central nuclear pode conter vários reatores. Atualmente apenas os reatores nucleares de fissão são empregados para a produção de energia comercial, porém os reatores nucleares de fusão estão sendo empregados em fase experimental.
De uma forma simples, as primeiras versões de reator nuclear produzem calor dividindo átomos, diferentemente das estações de energia convencionais, que produzem calor queimando combustível. O calor produzido serve para ferver água, que irá fazer funcionar turbinas a vapor para gerar electricidade.
Um reator produz grandes quantidades de calor e intensas correntes de radiação neutrónica e gama. Ambas são mortais para todas as formas de vida mesmo em quantidades pequenas, causando doenças, leucemia e, por fim, a morte. O reactor deve estar rodeado de um espesso escudo de cimento e aço, para evitar fugas prejudiciais de radiação. As matérias radioactivas são manejadas por controle remoto e armazenadas em contentores de chumbo, um excelente escudo contra a radiação.

Reator nuclear de fissão

Num reactor nuclear de fissão utiliza-se o urânio natural, na maior parte dos casos - uma mistura de U-238 e de U-235 - por vezes enriquecido com extra U-235. O U-238 tem tendência para absorver os nêutrons ^{(português brasileiro)} ou neutrões ^{(português europeu)} de alta velocidade originados pela divisão dos átomos U-235, mas não absorve nêutrons lentos tão rapidamente. Assim, num reactor é incluída uma substância moderadora que, juntamente com o urânio, abranda os nêutrons. O U-238, por sua vez, já não os absorve tão facilmente e a fissão continua.
Um reator nuclear de fissão apresenta, essencialmente, as seguintes partes:

1. Combustível: isótopo físsil e/ou fértil (aquele que pode ser convertido em físsil por ativação neutrônica): Urânio-235, Urânio-238, Plutônio-239, Tório-232, ou misturas destes (o combustível típico atualmente é o MOX, mistura de óxidos de urânio e plutônio).
2. Moderador: água leve, água pesada, hélio, grafite, sódio metálico: cumprem a função de reduzir a velocidade dos neutrões produzidos na fissão, para que possam atingir outros átomos fissionáveis mantendo a reação.
3. Refrigerador: água leve, água pesada, dióxido de carbono, hélio, sódio metálico conduzem o calor produzido durante o processo até a turbina geradora de eletricidade ou o propulsor.
4. Refletor (água leve, água pesada, grafite, urânio): reduz o escapamento de nêutrons aumentando a eficiência do reator.
5. Blindagem (concreto, chumbo, aço, água leve): evita o escapamento de radiação gama e nêutrons rápidos.
6. Material de controlo (cádmio ou boro): finaliza a reação em cadeia, pois ambos são óptimos absorventes de nêutrons. Geralmente são usados na forma de barras (de aço borado, por exemplo) ou bem dissolvidos no refrigerador.
7. Elementos de Segurança: todas as centrais nucleares de fissão apresentam múltiplos sistemas de segurança ativos (que respondem a sinais elétricos) e passivos (que atuam de forma natural como a gravidade, por exemplo). A contenção de betão ^{(português europeu)} ou concreto ^{(português brasileiro)} que rodeia os reactores é o principal sistema de segurança e destina-se a evitar que ocorra vazamento de radiação para o exterior.

O núcleo do reactor é construído dentro de um forte recipiente de aço que contém varetas de combustível feitas de materiais cindíveis (físseis) metidos dentro de tubos. Essas varetas produzem calor enquanto o combustível sofre a cisão (fissão). Varetas de controlo, geralmente de boro ou cádmio - para absorver facilmente os nêutrons -, são introduzidas e retiradas do núcleo, conforme a necessidade de estabilizar a reacção, variando a corrente de neutrões no núcleo, controlando o ritmo de cisão e, portanto, o calor produzido. As varetas estão rodeadas por um moderador, que reduz a velocidade a que os nêutrons são produzidos pelo combustível. Percorrendo o núcleo corre um refrigerante, líquido ou gasoso, que, ao ser aquecido pelo calor liberado, gera vapor de água que será canalizado para turbinas.

Tipos de reatores de fissão

WWER-1000 (Water-Water Energetic Reactor, força elétrica de 1000 megawatt) é um reactor russo de energia nuclear do tipo PWR

Atualmente existem vários tipos de reatores nucleares de fissão:
LWR - Light Water Reactors: Utilizam como refrigerante e moderador a água leve (água comum) e, como combustível, o urânio enriquecido. Os mais utilizados são os BWR (Boiling Water Reactor ou reator de água em ebulição) e os PWR (Pressure Water Reactor ou reatores de água a pressão), estes últimos considerados atualmente como padrão. Em 2001 existiam 345 em funcionamento.
CANDU - Canada Deuterium Uranium: Utilizam como moderador água pesada (cuja molécula é composta por dois átomos de deutério e um átomo de oxigênio) e, como refrigerante, água comum (água leve). Como combustível, usam urânio comum. Existiam 34 em operação em 2001.
FBR - Fast Breeder Reactors: Utilizam nêutrons rápidos no lugar de térmicos para o processo da fissão. Como combustível utilizam plutônio e, como refrigerante, sódio líquido. Este reator não necessita de moderador. Em 2001 havia apenas quatro deles em operação .
HTGR - High Temperature Gás-cooled Reactor: Usa uma mistura de tório e urânio como combustível. Como refrigerante, utiliza o hélio e, como moderador, grafite. Existiam 34 em funcionamento em 2001.
RBMK - Reactor Bolshoy Moshchnosty Kanalny: Sua principal função é a produção de plutônio, e como subproduto gera eletricidade. Utiliza grafite como moderador, água como refrigerante e urânio enriquecido como combustível. Pode recarregar-se durante o funcionamento. Apresenta um coeficiente de reatividade positivo. Em 2001, existiam 14 desses reatores em funcionamento .
ADS - Accelerator Driven System: Utiliza uma massa subcrítica de tório. A fissão é produzida pela introdução de nêutrons no reator de partículas através de um acelerador de partículas. Ainda se encontra em fase de experimentação, e uma de suas funções fundamentais será a eliminação de resíduos nucleares produzidos em outros reatores de fissão.

Produção de combustível

Alguns tipos de reatores podem efetivamente produzir mais combustível que aquele que consomem. Trata-se do reactor rápido. Não tem moderador e o seu combustível é altamente enriquecido: urânio ou plutônio. O núcleo é pequeno e a reação em cadeia processa-se rapidamente, produzindo maiores quantidades de calor do que nos outros reatores «termais». São produzidas grandes quantidades de nêutrons, imediatamente absorvidos por um cobertor de urânio 238 colocado em redor do núcleo. Isto não causa cisão no urânio, mas o converte em plutônio 239, que pode depois ser separado e utilizado como combustível no reator rápido. Desta maneira, o reactor rápido produz combustível à medida que o consome. Convertendo urânio 238 não cindível (fissionável) num combustível útil, o reator rápido poderia prolongar as reservas de combustível nuclear do mundo em cerca de sessenta vezes

Reactor nuclear de fusão

 

Instalação destinada para a produção de energia através da fusão nuclear. A pesquisa neste campo existe há mais de 50 anos e já, há vários anos, tem sido possível produzir uma reação de fusão nuclear controlada num vaso de contenção. Não se tem conseguido ainda, entretanto, manter uma reação de fusão controlada até atingir o ponto de "breakeven" (ou seja uma situação na qual a quantidade de energia fornecida para iniciar e manter a reação seja igual ou menor que a quantidade de energia liberada pela reação assim produzida). o processo é caracterizado por grande liberação de energia.
Reações de fusão nuclear juntam dois núcleos atômicos para formar um. Inicialmente, isso requer uma quantidade muito elevada de energia para vencer a repulsão eletromagnética inerente entre estes núcleos. A diferença em massa entre os dois núcleos iniciais e aquele resultante da reação (ligeiramente mais leve que a soma dos dois precursores) é convertida em uma enorme quantidade de energia conforme previsto pelo físico Einstein, na sua equação E=mc².
Uma vez que os núcleos de elementos mais leves sofrem fusão mais facilmente do que os de elementos mais pesados, o hidrogênio, o elemento mais leve, e também o mais abundante do universo, é o melhor combustível para fusão. De fato, uma mistura de dois dos isótopos de hidrogênio, o deutério e o trítio (D-T), apresenta a razão mais baixa entre a energia necessária para provocar a reação de fusão e a energia (potencialmente muito maior) liberada por esta reação; como prova disso, surgiram os estudos e adaptações da a primeira bomba de hidrogénio. Por esta razão, a maior parte dos esforços atuais para desenvolver um reator de fusão de "primeira geração" concentra-se na utilização do D-T como combustível.
Deve-se ressaltar, entretanto, que misturas alternativas existem que, apesar de exigirem um fornecimento de energia inicial maior, seriam mais simples de produzir e/ou controlar e há até combustíveis candidatos que não emitiriam nêutrons ao sofrer a reação de fusão, os chamados combustíveis aneutrônicos.
Basicamente, então, uma das maiores dificuldades é a obtenção de uma enorme pressão e temperatura que o processo requer, as quais são encontradas, na natureza, somente no interior de uma estrela. Outro problema é que a utilização de muitos dos possíveis combustíveis (inclusive o D-T) resulta na emissão de nêutrons pelo plasma durante fusão, os quais bombardeiam os componentes internos do reator, tornado-os radioativos. Para se conseguir a fusão é necessária mais do que uma alta temperatura: tem de existir plasma suficiente para que os núcleos se encontrem e se fundam, e a temperatura elevada tem de ser produzida por tempo suficiente para que isso aconteça. Porém, a combinação certa de todos estes factores mostra-se, até agora, impossível de alcançar.
Ao longo dos últimos anos, vários grupos de engenheiros e cientistas têm se dedicado ao desenvolvimento de novas ligas metálicas, cujas composições químicas são criteriosamente especificados para somente incluir elementos que formarão isótopos de meia-vida curta, sob este bombardeamento num reator (materiais de baixa ativação). Desta forma pretende-se tornar factível projetar componentes com materias que permitirão reciclagem após somente algumas dezenas de anos de estocagem segura (ao contrário dos resíduos radioativos de reatores de fissão, por exemplo, cujas meias-vidas longas exigem sistemas complexos de proteção para períodos muito longos).
Alguns pesquisadores já chegaram a caracterizar vários dos aspectos mais críticos na aplicação prática, em serviço real, de tais matérias como, por exemplo, conformabilidade, soldabilidade e resistência à fluência conforme apresentado no livro "Investigations of the Formability, Weldability and Creep Resistance of Some Potential Low-activation Austenitic Stainless Steels for Fusion Reactor Applications (ISBN 0-85311-148-0): A.H. Bott, G.J. Butterworth, F. B. Pickering".
Atualmente existem duas linhas de investigação, o confinamento inercial e o confinamento magnético:
Confinamento inercial: Consiste em conter a fusão mediante o impulso de partículas ou de raios laser projetados contra as partículas do combustível, que provocam sua ignição instantânea.
Confinamento magnético: Consiste em manter o material que irá fundir num campo magnético enquanto se tenta alcançar a temperatura e pressão necessárias. Uma forte corrente eléctrica passa através do hidrogénio para o aquecer e formar um plasma, enquanto um campo magnético comprime o plasma e o impede de tocar nas paredes. Mesmo que toque no recipiente, não existe perigo, já que só são aquecidas quantidades muito pequenas de hidrogénio; as paredes arrefecem simplesmente o plasma mais do que o plasma aquece as paredes.
Os primeiros modelos magnéticos, americanos, conhecidos como Stellarator geravam o campo diretamente num reator toroidal, com o problema da infiltração do plasma entre as linhas do campo.
Os engenheiros russos melhoram este modelo para o Tokamak na qual um enrolamento de bobina primária induzia um campo sobre o plasma, que é condutor, utilizando-o como um enrolamento secundário. Porém, devido a sua resistência, o plasma sofria aquecimento.
Embora o maior (2004) reator deste tipo, o JET [1] ainda não tenha atingido a temperatura (1 milhão de graus) e a pressão necessárias para a manutenção da reação, em 1997 este reator experimental, de facto, atingiu um pico de potência de fusão de 16MWs, ainda um recorde mundial (2004). A mesma experiência alcançou um valor de Q=0,7. (Q é a razão entre a energia gerada por esta reação e a potência fornecida para manter a fusão. Uma reação auto-sustentável requer Q>1).
Um reator Tokamak ainda maior, o ITER, está a ser projetado, unindo esforços internacionais para a obtenção da fusão.
Também existe uma linha de pesquisa nos EUA, o NIF (National Ignition Facility), que busca através de um confinamento inercial gerado por 192 lasers de alta potência obter uma fusão nuclear com Q>1.

 

Ótimo documentário sobre física!

http://www.youtube.com/watch?v=wVLUmyXVSMk