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Agência C&T (MCTI)

Cientistas brasileiros analisam materiais que serão usados projeto internacional de reator de fusão nuclear

Publicado em 28 junho 2008

Por Antonio Carlos Quinto, da Agência USP

Uma equipe de cientistas da USP realiza ensaios com materiais que serão utilizados no International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), projeto internacional que visa demonstrar a viabilidade científica e técnica da fusão nuclear para geração de energia.  A iniciativa tem como parceiros a União Européia, Japão, China, Índia, Coréia do Sul, Rússia e Estados Unidos.  O grupo brasileiro, coordenado pelo professor Hugo Ricardo Zschommler Sandim, da Escola de Engenharia de Lorena (EEL) da USP, vem estudando a recristalização de dois aços da família Eurofer-ODS (Oxide Dispersion Strengthening).  Estes aços são reforçados por uma fina dispersão de partículas com tamanhos da ordem de 5-20 nanometros (nm).

O professor Sandim explica que um dos materiais é um aço ferrítico-martensítico com 9% de cromo em sua composição.  “Este material tem que operar, por um longo tempo, em temperaturas de trabalho da ordem de 550 a 650º C”, descreve.  A liga Eurofer é utilizada na manufatura de um dos componentes do reator (divertor) e foi enviada à EEL em meados de setembro de 2007.  Desde então, os pesquisadores realizam análises de microestrutura nos materiais.  “Por ter de suportar altas temperaturas, os testes realizados até o momento apontam que o material é bastante resistente à recristalização.  A fração recristalizada gira em torno de 10% apenas”, descreve.  A recristalização das partes estruturais do divertor em serviço deve ser evitada.  Se ela ocorrer em grande extensão, o material amolece e a função de atuar como material estrutural fica prejudicada.

Setas indicam presença de pequenos grãos equiaxiais nucleados junto aos contornos de grão originais

Os recozimentos foram feitos em temperaturas de até 1.000º C e, ainda assim, a fração recristalizada é muito baixa, já que a dispersão de partículas finas é bastante eficiente na prevenção da recristalização.  Os poucos grãos que surgem durante o recozimento são encontrados junto aos contornos de grão. O próximo passo é entender como estes grãos surgem e quais são suas orientações.  “Esta tarefa requer a utilização de técnicas de caracterização avançadas como a microscopia eletrônica de transmissão e a difração de elétrons retroespalhados de alta resolução”, afirma Sandim.

A liga Eurofer trabalhará próximo ao canal central do reator, onde as temperaturas chegam a milhares de graus centígrados.  “Os materiais mais próximos do canal central são compósitos à base de grafite e compósitos cobre-tungstênio. Circundando esta primeira barreira térmica, há um sistema eficiente de trocadores de calor e, finalmente, as ligas Eurofer”, explica Sandim.

No início deste ano, os pesquisadores da EEL receberam novas amostras da liga, desta vez com 13% de cromo (estrutura ferrítica) para estudos semelhantes. Outra vantagem destas ligas em relação aos aços convencionais é a presença de uma estrutura de grãos bastante fina e com boa resistência à oxidação.  Sandim destaca, ainda, que uma das principais qualidades desta nova geração de materiais da família Eurofer é a sua baixa ativação quando exposta a um fluxo de nêutrons, ou seja, o lixo radioativo do reator poderá ser armazenado em condições controladas por um tempo menor.  O professor lembra que a liga Eurofer foi toda desenvolvida na Europa e sua fabricação exigiu a presença de parceiros industriais tradicionais em metalurgia do pó como a Plansee AG na Áustria.

O ITER As previsões indicam que o ITER entrará em funcionamento em 2016. O projeto consiste numa usina de fusão nuclear que deverá produzir cerca de 500 MW de energia. Em condições laboratoriais, serão reproduzidas as reações de fusão que acontecem no Sol e em outras estrelas. Trata-se de uma alternativa para a geração de energia elétrica renovável, limpa e barata. O ITER vai ser construído na Europa, em Cadarache, no Sul de França.

A participação do grupo do professor Sandim foi viabilizada durante o V Encontro da SBPMat realizado em Florianópolis, Santa Catarina, há cerca de dois anos. Lá, ele apresentou trabalhos sobre materiais endurecidos para dispersão de óxidos, semelhantes aos utilizados no ITER. “Dois pontos foram fundamentais para que a parceria se viabilizasse: a experiência prévia que tínhamos no estudo de materiais endurecidos por dispersão de óxidos e a interação de longa data mantida pelo professor Angelo Fernando Padilha, da Poli, em outros temas com o Centro de Pesquisas de Karlsruhe”, conta Sandim.  O pesquisador está otimista, já que os resultados da cooperação poderão resultar em novas cooperações futuras.

As pesquisas realizadas na EEL são financiadas pelo CNPq e pela FAPESP. Além de Sandim e do professor Padilha, da Poli, participam também do projeto o professor Ronald Lesley Plaut, do Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da Poli, e alunos de Iniciação Científica e de Pós-Graduação da Poli e da EEL.

Agência USP de Notícias