Por que um reator de fusão produziria menos rejeitos radioativos que outro de fissão?

Passo 1

O enunciado pergunta por que um reator de fusão produziria menos rejeitos radioativos que um reator de fissão. O conteúdo é engenharia nuclear, em particular a geração de resíduos radioativos em reações de fissão versus fusão. Para responder, vamos revisar como cada processo gera material radioativo e comparar a natureza e o tempo de vida desses rejeitos.

Passo 2

Na fissão nuclear, núcleos pesados (por exemplo, ^235U ou ^239Pu) se partem em fragmentos de massa intermediária. Esses fragmentos são tipicamente isótopos muito ricos em nêutrons e com meias-vidas que variam de dias a milhares de anos. Além disso, vários nêutrons livres gerados na fissão podem ser capturados pelos próprios combustíveis ou pelas estruturas do reator, criando isótopos transurânicos (como Np, Am, Cm) de meias-vidas muito longas. Logo, a fissão gera
  1. Fragmentos de fissão altamente radioativos e de longa duração,
  2. Transurânicos criados por captura de nêutrons.

Passo 3

Esses rejeitos de fissão têm certas características indesejáveis:
  • Alta atividade específica, exigindo blindagem intensa;
  • Meias-vidas que podem chegar a dezenas de milhares de anos;
  • Complexidade química dos vários isótopos, dificultando a separação e o armazenamento.

Passo 4

Na fusão nuclear, as reações mais estudadas são, por exemplo,
D + T ;longrightarrow; ^4He ;+; n ;+; 17,6;MeV
O produto direto é um núcleo de hélio estável e um nêutron rápido. Não existem fragmentos pesados radioativos mantidos no combustível, nem transurânicos sendo formados no plasma.

Passo 5

O principal gerador de radioatividade em um reator de fusão é a ativação por captura de nêutrons das estruturas e dos materiais de revestimento do reator (lajes, blindagem, dutos). Porém, escolhendo ligas metálicas com baixa tendência à ativação (materiais “low-activation”), os isótopos formados tendem a ter meias-vidas muito menores (de meses a poucas décadas) comparados aos resíduos de fissão.

Passo 6

Portanto, em fusão:
  • Não há fragmentos de fissão nem transurânicos no combustível;
  • A radioatividade gerada decorre apenas de nêutrons ativando materiais estruturais;
  • É possível projetar materiais que gerem rejeitos de curta duração;
  • O volume total e o tempo de periculosidade dos resíduos são significativamente menores.

Resposta

Um reator de fusão produz menos rejeitos radioativos porque não gera fragmentos de fissão nem isótopos transurânicos de meia-vida longa. A radioatividade vem só da ativação de materiais estruturais por nêutrons, e com ligas “low-activation” esses rejeitos têm meias-vidas bem mais curtas e volume muito menor.