Nas reações similares as de Rutherford, foi observada a existência
de outra partícula, que só veio a ser descoberta por J.Chadwick em 1932, o
nêutron. Com a descoberta do nêutron, o modelo básico da estrutura atômica estava completo. Após sua
descoberta os nêutrons foram muito estudados, e, pode-se observar que o nêutron
tem grande facilidade de penetrar nos núcleos e desestabilizá-los. Porém, os
nêutrons rápidos não tinham a mesma eficiência, o que levou o físico italiano, Enrico Fermi, a desenvolver em 1934 um método
eficaz de frear os nêutrons rápidos, fazendo-os atravessar uma substância que
continha elementos leves, como a água e a parafina.
Desde este período até o ano de 1938, várias reações nucleares
foram observadas. Neste mesmo ano o pesquisadores alemães Otto Hahn eFritz Strassman, conseguiram calcular a energia
desprendida na reação de fissão. Nesta mesma época, no ano de 1939, outros dois
pesquisadores alemães, Lise Mietner e Otto R. Frisch, revelaram que a fissão nuclear
era uma fonte de energia altamente concentrada, e verificaram que havia a
possibilidade de desprender grandes quantidades de energia. Esta descoberta foi
comunicada ao pesquisador Niels Bohr, que a mostrou nos Estados Unidos
para Albert Einstein e outros pesquisadores. No mesmo
mês, Niels Bohr encontrou-se com Enrico Fermi, que sugeriu que os nêutrons
deveriam ser liberados nesta reação. E se realmente isso acontecesse e mais de
um nêutron fosse liberado estes poderiam ser utilizados para provocar novas
reações, e desta forma obter uma reação em cadeia.
Devido a este acontecimento, e das experiências realizadas aliadas
às novas teorias da mecânica e eletrodinâmica quântica, e, também, da teoria da
relatividade, foi criado um novo ramo de conhecimento da natureza chamado de
física nuclear, que teve início com a descoberta do nêutron em 1932.
A física nuclear, aliada às novas tecnologias de metalurgia e
engenharias, possibilitaram o desenvolvimento da energia nuclear.
Foi então que, no ano de 1942, teve início a era nuclear. Na tarde
do dia 2 de dezembro daquele ano, um grupo de pesquisadores daria início a uma
nova etapa do desenvolvimento humano. Na Universidade de Chicago, nos Estados Unidos, a
equipe do físico Enrico Fermi, havia realizado a primeira liberação e controle
simultâneos de energia do núcleo atômico, obtendo uma reação auto-sustentada.
Apesar do experimento ter sido batizado como "Pilha de Fermi", na
verdade o CP-1 foi o primeiro reator nuclear a fissão da
história, com a liberação de 0,5 W de energia.
A partir deste fato, surgia um novo ramo da engenharia chamado de
engenharia nuclear, o qual tinha como finalidade o desenvolvimento de técnicas
de reatores nucleares para uso comercial. No início os estudos eram voltados
apenas para o desenvolvimento de técnicas e materiais úteis para os reatores a
fissão, a engenharia de fissão, acredita-se que em breve exista também a
engenharia de fusão.
Infelizmente a energia nuclear foi utilizada para fins militares
na construção de bombas de alto poder destrutivo no ano de 1945, durante a
Segunda Guerra Mundial. O desenvolvimento da bomba atômica foi realizado em Los Alamos, nos
Estados Unidos, sob a direção do pesquisador Robert Oppenheimer, responsável pelo projeto Manhattan.
A evolução da física de plasmas, aliada ao desenvolvimento das
teorias e técnicas da física nuclear, abriram caminho para a fusão nuclear. A
partir do ano de 1929, quando o físico inglês Robert R. Atkinson e o alemão
Fritz Houtermans descobriram qual a fonte de energia do Sol, estava lançado o novo desafio, construir um
Sol na Terra. No ano de 1938, quando reações de fusão responsáveis pela energia
das estrelas foram descritas, pelo pesquisador Hans Albrecht Bethe, reforçou-se
este desafio.
Neste mesmo período surgiu a idéia de construir máquinas capazes
de gerar plasmas. A primeira construção para estudo da fusão termonuclear
controlada ocorreu em 1934 por W. H. Benett, que sugeriu o fenômeno
"pinch" no plasma. O pesquisador L. Tonks no ano de 1939, verificou o
efeito pinch no plasma, o qual era o responsável por contrair uma coluna de
plasma com alta corrente elétrica, na direção radial, devido à interação da
corrente elétrica com o campo magnético por ela criado.
Durante a Segunda Guerra pouco progresso foi realizado, embora os
estudos de David Bohm no âmbito do projeto Manhattan tenham lançado as bases
para o estudo de questões fundamentais, tais como a difusão anômala em plasmas
confinados magnéticamente.
Alguns anos mais tarde os pesquisadores que continuaram seus
estudos de confinamento de plasmas, iniciaram uma nova etapa de confinamento
magnético de plasmas. No ano de 1950 o russo Andrei Sakarov teve a idéia de construir uma
máquina onde o confinamento do plasma fosse mais eficiente, e com isto pudesse
permanecer com o plasma "aceso" por mais tempo, talvez até que
ocorresse a fusão. O processo de confinamento de extremos fechados, na forma toroidal, possibilitou o desenvolvimento e
a construção dos primeiros tokamaks no fim dos anos 50. Desde
esta época o mundo vem tentando obter a fusão termonuclear controlada com base
em máquinas de confinamento toroidal. Centenas de máquinas foram construídas,
entretanto muitas dificuldades foram encontradas, o que impossíbilitou a
construção efetiva de um reator.
Durante o período de construção destas máquinas, pode se observar
fases distintas de evolução, que podem ser separadas em três.
Na primeira fase, havia a necessidade de se testar todos os
conceitos, e surgiram diversos tipos de máquinas, como os Teta-Pinchs, Z-Pinchs, Stellarators, Tokamaks, Espelhos magnéticos, Cúspides magnéticas, Esferomaks, entre outros, todos envolvendo o uso
de máquinas relativamente pequenas. Foi um tempo onde havia a esperança de
obter a produção de energia facilmente. Entretanto, constatou-se que a física
de plasmas era mais complicado de entender e o estado da matéria, plasma, muito
mais difícil de se manipular. Com o esforço dos pesquisadores, alguns
experimentos se destacaram. E, então, no ano de 1968, foram divulgados
resultados promissores com uma máquina russa, o Tokamak T-3, desenvolvido pela equipe do
pesquisador russo Lev Artsimovich. Este fato fez com que se iniciasse a segunda
fase de pesquisas.
Na segunda fase de pesquisas o experimento do tipo Tokamak foi
adotado como a principal máquina para o estudo da fusão. A partir deste fato
surgiu a primeira geração de tokamaks no mundo, dentre estes, o T-4, T-6, ST,
ORMAK, Alcator A, Alcator C, TFR, DITE, FT, JFT-2, JIPP T-II, entre outros.
O entendimento da fisica dos tokamaks proporcionou o início da
segunda geração de tokamaks, que foram: o T-10, PLT, PDX, ISX-B, Doublet-III, ASDEX, entre
outros.
Durante a década de 1970, a comunidade científica internacional
constatou que o aumento gradativo do tamanho dos experimentos e da intensidade
de campos magnéticos seria indispensável para obter o conhecimento necessário
para se chegar ao reator. Entretanto, os custos cresciam muito rapidamente e
inviabilizavam a construção simultânea de um elevado número de projetos de
grande porte. Este foi o principal motivo que levou à construção das grandes
máquinas atuais, algumas destas com financiamento de vários países. Máquinas
como: o TFTR, JET, DIII-D, JT-60U, T-15, TORE SUPRA e o ASDEX-U, as quais tiveram início de construção
nos anos 80. O aparecimento desta geração de tokamaks marcou a mudança para a
terceira fase de pesquisas em fusão, a qual se estende até os dias atuais.
No entanto, os esforços da comunidade de fusão para alcançar a
reação auto-sustentada parece apontar para uma nova fase de pesquisas. Foi com
este intuito que teve início o projeto ITER (International Thermonuclear Experimental
Reactor), que deve ser construído com o apoio financeiro do Estados Unidos,
Comunidade Européia, Japão e Rússia. Estados Unidos, Comunidade Européia, Japão
e Rússia.
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