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A fusão é o processo pelo qual todas as estrelas no universo brilham – e pode ser a resposta para os crescentes problemas de energia na Terra.
Alcançar a fusão é um dos objetivos tecnológicos mais desejados de nosso tempo, pois poderia fornecer grandes quantidades de energia sem emissão de carbono. A busca por esse objetivo deu origem a um dos empreendimentos de engenharia mais ambiciosos, o projeto do Reator Termonuclear Experimental Internacional (ITER).
O esforço envolve 35 nações unindo forças para provar a viabilidade da fusão como uma fonte de energia em grande escala e sem carbono. Como parte desse projeto, estão construindo um reator de fusão nuclear do tipo tokamak no sul da França.
Os planos para o ITER foram iniciados em 1985, e espera-se que o primeiro plasma seja gerado nas próximas décadas.
Para projetar e construir o complexo, os engenheiros contam com as tecnologias mais avançadas de hoje, entre elas o Geomagic Design X.
O primeiro dos nove setores da câmara de plasma foi colocado em suportes em maio de 2022.
O que é fusão nuclear?
As reações de fusão nuclear que ocorrem bilhões de vezes por segundo no núcleo do Sol geram energia suficiente para alimentar a Terra várias vezes.
No imenso calor e gravidade no núcleo dos corpos estelares, os núcleos de hidrogênio colidem, fundem-se em átomos de hélio mais pesados e liberam enormes quantidades de energia.
Há muitas vantagens em alcançar a fusão nuclear na Terra. Ela oferece um suprimento quase ilimitado de energia, sem emissões de carbono e com pouco resíduo nuclear.
As usinas existentes dependem de combustíveis fósseis, fissão nuclear ou fontes renováveis como vento ou água. A fissão nuclear produz resíduos radioativos, que podem ser perigosos e devem ser armazenados de forma segura – potencialmente por centenas de anos.
Por outro lado, os resíduos produzidos pela fusão nuclear são menos radioativos e decaem muito mais rapidamente. Além disso, a fusão nuclear não necessita de combustíveis fósseis como petróleo ou gás.
Mas alcançar a fusão é um desafio enorme. Ela ocorre no centro do Sol, e os cientistas precisam recriar essas mesmas condições na Terra – e as forças, pressões e temperaturas necessárias para unir os átomos são impressionantes.
Construindo um tokamak
Uma abordagem para alcançar a fusão envolve a criação de plasma, um estado em que o gás é aquecido a temperaturas tão elevadas que os elétrons se separam dos núcleos.
O plano no complexo ITER é confinar e controlar o plasma dentro de um dispositivo tokamak, uma construção que usa campos magnéticos poderosos em forma de rosquinha ou toro. O tokamak finalizado deve produzir 500 MW de potência de fusão.
A construção do complexo na França começou em 2013, e a montagem do tokamak em 2020. Por trás do design das peças que compõem o vaso de vácuo do tokamak está a empresa espanhola Equipos Nucleares SA (ENSA).
O dispositivo finalizado pesará 23.000 toneladas e medirá 28 metros de diâmetro, tornando-se o maior já construído. O vaso de vácuo, com um volume de 840 m³, deve suportar a temperatura alcançada pelo plasma em seu interior, que é de 150 milhões de graus Celsius.
Software para design 3D preciso
A câmara de plasma do tokamak, o toro, será criada montando nove setores com mais de 11 metros. Cada setor é fabricado separadamente e depois unido às partes circundantes.
As diferentes seções dos setores devem se encontrar perfeitamente, então a ENSA projetou peças sob medida para conectá-las. A empresa utilizou escaneamento 3D para trabalhar a partir das partes existentes e projetou os elementos de conexão ao redor delas.
O escaneamento 3D proporciona conexões perfeitamente ajustadas para a câmara de plasma.
Com a ajuda da especialista em engenharia AsorCAD, sediada na Espanha, a ENSA escaneou as peças e criou os arquivos CAD no Design X.
A AsorCAD utilizou fotogrametria e escaneamento a laser para capturar um escaneamento 3D das bordas laterais de cada setor do toro. Com as malhas das bordas, eles puderam facilmente criar seus modelos CAD correspondentes no Design X. O resultado foi um design 3D exato e editável das bordas.
O departamento de engenharia da ENSA usa essas geometrias para criar placas de emenda perfeitamente ajustadas, placas de metal usadas para fixar dois ou mais componentes juntos, e os "biscuits", conectores menores que mantêm duas partes no lugar.
A ENSA projeta as placas de emenda e os "biscuits" ao redor das bordas de cada um dos setores. Uma vez fabricados, todos os setores serão soldados juntos.
O primeiro dos nove módulos de setor necessários para o vaso foi levantado e instalado no poço de montagem em maio de 2022, e você pode acompanhar o progresso do tokamak no site do ITER.
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