Anéis, metais e a fusão nuclear
Alexandre Taschetto
O grande destaque cinematográfico dos últimos anos é, certamente, a saga de Frodo e seus
amigos, que lutam contra o mal em um mundo de fantasia criado por um professor de línguas da
Universidade de Oxford – a trilogia "O Senhor dos Anéis" de J.R.R. Tolkien.
O objetivo de Frodo é levar o Anel, uma fonte de poder maligno, ao local onde foi
originalmente forjado – o único lugar onde as temperaturas são altas o suficiente para destruí-lo.
Curiosamente, a necessidade de atingir altas temperaturas também dominou o destino de nossa
civilização durante muito tempo e pode determinar também o nosso futuro.
A construção e utilização de ferramentas é a principal habilidade humana responsável por
nosso desenvolvimento tecnológico. Elas nos permitem realizar tarefas que seriam impossíveis
se contássemos somente com a capacidade natural de nosso corpo e sua utilidade está intimamente
ligada ao material do qual é feita. No início, só podíamos contar com diversos tipos de rochas
e ossos. Alguns metais também eram usados, só que mais como ornamentos do que em ferramentas,
já que a tecnologia da época só permitia processar metais macios e encontrados na natureza em
sua forma pura, como ouro, prata e, em menor grau, o cobre.
Mas a maior parte do cobre existente na crosta terrestre, assim como a maioria dos metais,
encontra-se combinado com oxigênio, em compostos que chamamos genericamente de minérios. Para
transformar o minério do metal em metal puro, é preciso, antes de mais nada, aquecê-lo a uma
temperatura alta o suficiente para derretê-lo (é preciso também uma fonte de carbono – como
madeira ou carvão – para remover o oxigênio). Uma fogueira aberta não é capaz disso, mas por
volta de 3.500 a.C. nossos antepassados conseguiram atingir por volta de 1.150oC (Celsius), acima da
temperatura de fusão do cobre, em fornos fechados. Logo que aprendemos a refinar o cobre,
descobrimos que derretendo o cobre junto com outros metais é possível produzir combinações
interessantes, chamadas de ligas. Por exemplo, cobre e estanho, outro metal de baixo ponto
de fusão, formavam uma liga que se revelou de grande utilidade – o bronze (que também podia
ser feito com antimônio, arsênico ou chumbo).
Ainda que sua descoberta tenha sido um grande avanço, o bronze apresentava limitações. Além de
caro, era pouco resistente. Precisávamos de um metal melhor... e conseguimos – o ferro. Mas a
temperatura de fusão do ferro é por volta de 1.500oC, além da capacidade dos fornos antigos.
Havia então duas formas de contornar esta limitação. Quando misturado com aproximadamente 3,5%
de carbono o ferro se liquefaz a uma temperatura mais baixa. Outra opção era retirar as impurezas
do minério sólido, sem a adição de carbono aquecendo-o a uma temperatura abaixo do ponto de fusão
do ferro, através de impactos repetidos. Daí a visão clássica do ferreiro antigo batendo repetidamente
em uma peça de ferro sobre uma bigorna, ou de orcs forjando suas espadas.
Esse processo de impactos repetidos alternados com aquecimento também podia ser aplicado ao ferro
ao qual carbono havia sido adicionado de forma a reduzir a quantidade de carbono presente a níveis abaixo de
2% – o aço, ainda que em uma versão primitiva. Mas para produzir aço de melhor qualidade, é necessário
romper a barreira dos 1.500oC e modernamente isto é feito em fornos especiais que permitem
controlar cuidadosamente a quantidade de carbono e outros elementos presentes. Assim pode-se produzir
tipos diferentes de aço, como por exemplo o aço inoxidável (que tem menos de 0,1% de carbono e quantidades
variáveis de níquel, cromo e outros metais).
Outros metais utilizados modernamente tem pontos de fusão ainda maiores, como o titânio. Vastamente empregado
na indústria aeroespacial, o titânio funde próximo a 1.700oC. Mas, surpreendentemente, temperaturas
muito maiores que essas são necessárias para a produção de um material que não é metálico – a grafite.
A grafite que você usa na sua lapiseira é encontrada diretamente na natureza, mas uma grafite de melhor
qualidade é usada em inúmeras outras aplicações (desde motores elétricos a reatores nucleares)
e para produzí-la é necessário atingir 3.000oC. Compare isso com a temperatura da superfície do
Sol: 6.000oC.
Mas se você acha que estas temperaturas são altas, saiba que cientistas em todo mundo estão buscando atingir
temperaturas literalmente milhares de vezes maiores. Elas são necessárias para manter uma reação de fusão
nuclear – a mesma fonte de energia que mantém as estrelas brilhando e que pode solucionar os problemas energéticos mundiais.
Ao contrário da fissão nuclear, utilizada nos reatores nucleares atuais, a fusão nuclear não gera lixo radioativo
e utiliza combustíveis facimente encontrados. A grande dificuldade é que a reação só acontece acima de
100.000.000oC. Não, não erramos no número de zeros, é cem milhões de graus Celsius mesmo.
Para começar, nenhum material conhecido consegue suportar estas temperaturas. Então, como seria construído um
reator desse tipo? Bem, nessa temperatura, qualquer material encontra-se sob uma forma conhecida como plasma.
Em condições normais, os átomos de qualquer material são constituídos de um núcleo (com carga elétrica positiva)
e um conjunto de elétrons (com carga elétrica negativa). No plasma, estes dois componentes são separados, formando
uma grande mistura de partículas carregadas. Essas partículas podem, portanto, ser controladas por um campo
magnético, no que é chamado de confinamento. Em um reator, o plasma seria confinado por um forte campo magnético,
de forma a não entrar em contato direto com as paredes do reator e diminuindo a temperatura a que o material
das paredes seria exposto. Aliás, vários exemplos de plasma podem ser encontrados em
nosso cotidiano (obviamente a temperaturas muito mais baixas), como por exemplo o interior das
lâmpadas fluorescentes ou nas telas dos modelos mais modernos (e caros) de televisões.
O grande desafio para os cientistas nucleares será atingir e manter as altas temperaturas necessárias à reação
de fusão nuclear. Assim como para Frodo e seus amigos, o sucesso nessa busca pode mudar radicalmente o futuro
de nossa sociedade.
< Voltar
|
|
Quem escreve
Alexandre Taschetto
Widson Porto Reis
Dos mesmos produtores
Projeto Ockham
|
