TEDGlobal 2009
Steven Cowley: Fusion is energy's future
Steven Cowley: Fusão é o futuro da energia
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O físico Steven Cowley tem a certeza que a fusão nuclear é a única solução verdadeiramente sustentável para a crise energética. Ele explica porque é que a fusão funcionará -- e descreve o projecto ao qual ele e muitos outros tem dedicado as suas vidas, trabalhando contra o relógio para criar uma nova fonte de energia.
Steven Cowley - Physicist
Steven Cowley directs the UK's leading fusion research center. Soon he'll helm new experiments that may make cheap fusion energy real on a commercial scale. Full bio
Steven Cowley directs the UK's leading fusion research center. Soon he'll helm new experiments that may make cheap fusion energy real on a commercial scale. Full bio
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The key question is, "When are we going to get fusion?"
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5000
A questão chave é, "Quando vamos nós conseguir a fusão?"
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It's really been a long time since we've known about fusion.
1
5000
3000
Há muito que temos, de facto, conhecimento da fusão
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We've known about fusion since 1920,
2
8000
2000
Temos conhecimento da fusão desde 1920,
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when Sir Arthur Stanley Eddington
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10000
2000
quando Sir Arthur Stanley Eddington
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and the British Association for the Advancement of Science
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12000
3000
e a Associação Britânica para o Avanço da Ciência
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conjectured that that's why the sun shines.
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15000
3000
conjecturaram que era esse o motivo pelo qual o sol brilha.
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I've always been very worried about resource.
6
18000
3000
Eu sempre preocupei-me muito com a questão dos recursos.
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I don't know about you, but
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21000
2000
Não sei como é convosco, mas
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when my mother gave me food,
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2000
quando a minha mãe me dava comida
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I always sorted the ones I disliked
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25000
3000
eu separava sempre as coisas de que não gostava
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from the ones I liked.
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28000
2000
das que gostava.
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And I ate the disliked ones first,
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30000
2000
E comia as que não gostava primeiro,
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because the ones you like, you want to save.
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32000
4000
porque as que gostamos, queremos guardar.
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And as a child you're always worried about resource.
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36000
3000
E enquanto crianças estamos sempre preocupados com os recursos.
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And once it was sort of explained to me
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39000
3000
E quando me foi mais ou menos explicado
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how fast we were using up the world's resources,
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42000
4000
o quão rapidamente estávamos a gastar os recursos mundiais,
01:01
I got very upset,
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46000
2000
fiquei bastante transtornado,
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about as upset as I did when I realized
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48000
2000
mais ou menos tão transtornado como fiquei quando tomei conhecimento
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that the Earth will only last about five billion years
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50000
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que a Terra só durará ferca de 5 mil milhões de anos mais
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before it's swallowed by the sun.
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52000
3000
antes de ser engolida pelo sol.
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Big events in my life,
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55000
3000
Grandes acontecimentos na minha vida,
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a strange child.
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58000
2000
uma criança estranha.
01:15
(Laughter)
22
60000
1000
(Risos)
01:16
Energy, at the moment, is dominated by resource.
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61000
3000
A energia, actualmente, é dominada pelos recursos.
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The countries that make a lot of money out of energy
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64000
3000
Os países que fazem muito dinheiro com a energia
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have something underneath them.
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67000
3000
tem algo debaixo deles.
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Coal-powered industrial revolution in this country --
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70000
4000
A revolução industrial alimentada com carvão neste país
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oil, gas, sorry.
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74000
4000
petróleo, gás, desculpem.
01:33
(Laughter)
28
78000
3000
(Risos)
01:36
Gas, I'm probably the only person
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81000
2000
Gás, eu sou provavelmente a única pessoa
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who really enjoys it when Mister Putin
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83000
2000
que realmente fica contente quando o Sr. Putin
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turns off the gas tap, because my budget goes up.
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85000
3000
fecha o gás, porque aí o meu orçamento aumenta.
01:43
We're really dominated now
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88000
5000
Estamos agora de facto dominados
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by those things that we're using up faster and faster and faster.
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93000
5000
por aquelas coisas que utilizamos cada vez mais e mais e mais rapidamente.
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And as we try to lift billions of people out of poverty
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98000
3000
E ao mesmo tempo que tentamos tirar da pobreza milhões de pessoas
01:56
in the Third World, in the developing world,
35
101000
4000
no Terceiro Mundo, no mundo desenvolvido,
02:00
we're using energy faster and faster.
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105000
2000
estamos a usar energia cada vez mais rapidamente.
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And those resources are going away.
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107000
2000
E esses recursos estão a esgotar-se.
02:04
And the way we'll make energy in the future
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109000
2000
E a forma como faremos energia no futuro
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is not from resource,
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111000
3000
não será a partir de recursos,
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it's really from knowledge.
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114000
2000
será na verdade a partir do conhecimento.
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If you look 50 years into the future,
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116000
3000
Se olhar 50 anos para o futuro,
02:14
the way we probably will be making energy
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119000
2000
a forma como provavelmente estaremos a produzir energia
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is probably one of these three,
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121000
3000
será provavelmente uma destas três,
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with some wind, with some other things,
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124000
2000
com algum vento, com algumas outras coisas,
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but these are going to be the base load energy drivers.
45
126000
3000
mas estas serão as fontes de energia principais.
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Solar can do it, and we certainly have to develop solar.
46
129000
5000
A energia solar poderá sê-lo, e temos mesmo de desenvolver o solar.
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But we have a lot of knowledge to gain before we can make solar
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134000
3000
Mas temos muito conhecimento a adquirir antes que a energia solar
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the base load energy supply for the world.
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137000
4000
possa ser a principal fonte de energia mundial.
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Fission.
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141000
3000
Fissão.
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Our government is going to put in six new nuclear power stations.
50
144000
4000
O nosso governo vai adicionar seis novas centrais nucleares.
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They're going to put in six new nuclear power stations,
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148000
2000
Eles vão adicionar seis novas centrais nucleares,
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and probably more after that.
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150000
2000
e provavelmente mais depois disso.
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China is building nuclear power stations. Everybody is.
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152000
2000
A China está a construir centrais nucleares. Todos estão.
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Because they know that that is one sure way
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154000
3000
Porque eles sabem que esse será um caminho certo
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to do carbon-free energy.
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157000
4000
para produzir energia livre de emissões de carbono.
02:56
But if you wanted to know what the perfect energy source is,
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161000
3000
Mas se querem saber qual a fonte de energia perfeita,
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the perfect energy source is one
57
164000
2000
a fonte de energia perfeita é uma
03:01
that doesn't take up much space,
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166000
3000
que não ocupa muito espaço,
03:04
has a virtually inexhaustible supply,
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169000
3000
tem uma origem virtualmente inesgotável,
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is safe, doesn't put any carbon into the atmosphere,
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172000
4000
é segura, não coloca carbono na atmosfera,
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doesn't leave any long-lived radioactive waste:
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176000
4000
não deixa resíduos radioactivos prolongados,
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it's fusion.
62
180000
2000
é fusão.
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But there is a catch. Of course there is always a catch in these cases.
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182000
2000
Mas há um senão. Claro, existe sempre um senão nestes casos.
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Fusion is very hard to do.
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184000
3000
Fusão é muito complicado de fazer.
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We've been trying for 50 years.
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187000
3000
Temos estado a tentar a 50 anos.
03:25
Okay. What is fusion? Here comes the nuclear physics.
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190000
3000
Ok. O que é fusão? Aqui vem a física nuclear.
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And sorry about that, but this is what turns me on.
67
193000
3000
E desculpem por isso, mas isto é o que me excita.
03:31
(Laughter)
68
196000
2000
(Risos)
03:33
I was a strange child.
69
198000
4000
Eu era uma criança estranha.
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Nuclear energy comes for a simple reason.
70
202000
4000
A energia nuclear vem por uma razão simples.
03:41
The most stable nucleus is iron, right in the middle of the periodic table.
71
206000
4000
O núcleo mais estável é o ferro, mesmo no centro da tabela periódica.
03:45
It's a medium-sized nucleus.
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210000
2000
É um núcleo de tamanho médio.
03:47
And you want to go towards iron if you want to get energy.
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212000
4000
E temos de ir para o ferro se queremos arranjar energia.
03:51
So, uranium, which is very big, wants to split.
74
216000
3000
Portanto, urânio, que é muito grande, quer separar-se.
03:54
But small atoms want to join together,
75
219000
3000
Mas átomos pequenos querem juntar-se,
03:57
small nuclei want to join together
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222000
2000
núcleos pequenos querem juntar-se
03:59
to make bigger ones to go towards iron.
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224000
2000
para formar maiores, em direcção ao ferro.
04:01
And you can get energy out this way.
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226000
2000
E podemos obter energia por este modo.
04:03
And indeed that's exactly what stars do.
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228000
2000
E de facto, é exactamente isto o que as estrelas fazem.
04:05
In the middle of stars, you're joining hydrogen together to make helium
80
230000
4000
No centro das estrelas esta-se a juntar hidrogénio para produzir hélio
04:09
and then helium together to make carbon,
81
234000
2000
e depois hélio para produzir carbono,
04:11
to make oxygen, all the things that you're made of
82
236000
2000
para produzir oxigénio, todas as coisas de que vocês são feitos
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are made in the middle of stars.
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238000
3000
são produzidas no centro das estrelas.
04:16
But it's a hard process to do
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241000
2000
No entanto é um processo complicado de se fazer
04:18
because, as you know, the middle of a star is quite hot,
85
243000
3000
porque, com sabem, o centro das estrelas é significativamente quente,
04:21
almost by definition.
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246000
4000
quase por definição.
04:25
And there is one reaction
87
250000
3000
E existe uma reacção.
04:28
that's probably the easiest fusion reaction to do.
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253000
5000
É provavelmente a reacção de fusão mais fácil de realizar.
04:33
It's between two isotopes of hydrogen, two kinds of hydrogen:
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258000
4000
É entre dois isótopos de hidrogénio, dois tipos de hidrogénio,
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deuterium, which is heavy hydrogen,
90
262000
3000
deutério, que é hidrogénio pesado,
04:40
which you can get from seawater,
91
265000
2000
que se pode obter da água do mar,
04:42
and tritium which is super-heavy hydrogen.
92
267000
4000
e trítio que é hidrogénio super-pesado.
04:46
These two nuclei, when they're far apart, are charged.
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271000
4000
Estes dois núcleos, quando estão longe um do outro, estão carregados.
04:50
And you push them together and they repel.
94
275000
3000
E ao aproximá-los, eles repelem-se.
04:53
But when you get them close enough,
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278000
2000
Mas quando se aproximam o suficiente,
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something called the strong force starts to act
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280000
2000
uma coisa chamada força forte começa a actuar
04:57
and pulls them together.
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282000
2000
e puxa-os um para o outro.
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So, most of the time they repel.
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284000
2000
Portanto, a maior parte do tempo eles repelem-se.
05:01
You get them closer and closer and closer and then at some point
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286000
2000
Aproximamos-os mais e mais e mais e então num determinado ponto
05:03
the strong force grips them together.
100
288000
3000
a força forte junta-os.
05:06
For a moment they become helium 5,
101
291000
2000
Por um momento eles tornam-se hélio 5,
05:08
because they've got five particles inside them.
102
293000
2000
porque têm 5 partículas no seu interior.
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So, that's that process there. Deuterium and tritium goes together
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295000
2000
Portanto, eis o processo. Deutério e trítio juntam-se
05:12
makes helium 5.
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297000
2000
produz hélio 5.
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Helium splits out, and a neutron comes out
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299000
3000
O hélio divide-se, e liberta um neutrão
05:17
and lots of energy comes out.
106
302000
2000
e liberta uma quantidade enorme de energia.
05:19
If you can get something to about 150 million degrees,
107
304000
3000
Se conseguirem colocar algo a cerca de 150 milhões de graus,
05:22
things will be rattling around so fast
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307000
2000
a agitação das partículas será tão rápida
05:24
that every time they collide in just the right configuration,
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309000
4000
que cada vez que ela colidirem na configuração apropriada,
05:28
this will happen, and it will release energy.
110
313000
2000
isto acontecerá, e energia será libertada.
05:30
And that energy is what powers fusion.
111
315000
4000
E essa energia é o que alimenta a fusão.
05:34
And it's this reaction that we want to do.
112
319000
3000
E é esta a reacção que queremos realizar.
05:37
There is one trickiness about this reaction.
113
322000
3000
Existe uma artimanha acerca desta reacção.
05:40
Well, there is a trickiness that you have to make it 150 million degrees,
114
325000
3000
Bem, existe uma artimanha logo no facto de termos de o fazer a 150 milhões de graus,
05:43
but there is a trickiness about the reaction yet.
115
328000
3000
mas existe ainda uma artimanha acerca da própria reacção.
05:46
It's pretty hot.
116
331000
2000
É bastante quente.
05:48
The trickiness about the reaction is that
117
333000
2000
A artimanha acerca da reacção é que
05:50
tritium doesn't exist in nature.
118
335000
2000
o tritio não existe na natureza.
05:52
You have to make it from something else.
119
337000
2000
Tem que se produzir a partir de qualquer outra coisa.
05:54
And you make if from lithium. That reaction at the bottom,
120
339000
3000
E produz-se a partir do lítio. A reacção no fundo,
05:57
that's lithium 6, plus a neutron,
121
342000
4000
é lítio 6, mais um neutrão,
06:01
will give you more helium, plus tritium.
122
346000
2000
dá-nos mais hélio, mais um trítio.
06:03
And that's the way you make your tritium.
123
348000
2000
E esta é a forma com que produzimos trítio.
06:05
But fortunately, if you can do this fusion reaction,
124
350000
3000
Mas felizmente, se conseguirmos realizar esta reacção de fusão,
06:08
you've got a neutron, so you can make that happen.
125
353000
4000
temos um neutrão, pelo que somos capazes de a fazer acontecer.
06:12
Now, why the hell would we bother to do this?
126
357000
3000
Agora, por que raio nos damos ao incómodo de fazer isto?
06:15
This is basically why we would bother to do it.
127
360000
3000
Isto é basicamente o porquê de nos incomodamos para o fazer.
06:18
If you just plot how much fuel
128
363000
4000
Se representarmos graficamente a quantidade de combustivel
06:22
we've got left, in units of
129
367000
2000
que ainda nos resta, em unidades de
06:24
present world consumption.
130
369000
2000
consumo mundial actual.
06:26
And as you go across there you see
131
371000
3000
E à medida que analisam, verão
06:29
a few tens of years of oil -- the blue line, by the way,
132
374000
2000
algumas dezenas de anos de petróleo -- a linha azul, a propósito,
06:31
is the lowest estimate of existing resources.
133
376000
3000
é a mais baixa estimativa de recursos existentes.
06:34
And the yellow line is the most optimistic estimate.
134
379000
4000
e a linha amarela é a estimativa mais optimista.
06:38
And as you go across there you will see
135
383000
2000
E à medida que analisam, verão
06:40
that we've got a few tens of years, and perhaps 100 years
136
385000
2000
que temos algumas dezenas de anos, talvez 100 anos
06:42
of fossil fuels left.
137
387000
3000
de combustíveis fosseis de sobra.
06:45
And god knows we don't really want to burn all of it,
138
390000
2000
E Deus sabe que nós não queremos realmente queimá-lo todo.
06:47
because it will make an awful lot of carbon in the air.
139
392000
2000
Porque isto lançará uma terrível quantidade de carbono para a atmosfera.
06:49
And then we get to uranium.
140
394000
3000
E depois chegamos ao urânio.
06:52
And with current reactor technology
141
397000
2000
E com a actual tecnologia nuclear
06:54
we really don't have very much uranium.
142
399000
3000
nós não temos realmente grande quantidade de urânio.
06:57
And we will have to extract uranium from sea water,
143
402000
2000
E teremos de extrair urânio da água do mar,
06:59
which is the yellow line,
144
404000
2000
que é a linha amarela,
07:01
to make conventional nuclear power stations
145
406000
3000
para fazer as centrais convencionais de energia nuclear
07:04
actually do very much for us.
146
409000
2000
fazer de facto muito por nós.
07:06
This is a bit shocking, because in fact our government
147
411000
2000
Isto é um pouco chocante, porque de facto o nosso governo
07:08
is relying on that for us to meet Kyoto,
148
413000
3000
está a confiar nisso para cumprir as metas do protocolo de Quioto,
07:11
and do all those kind of things.
149
416000
2000
e fazer toda essa espécie de coisas.
07:13
To go any further you would have to have breeder technology.
150
418000
2000
Para ir mais além é necessário criar nova tecnologia.
07:15
And breeder technology is fast breeders. And that's pretty dangerous.
151
420000
4000
E criar tecnologia é criação rápida. E isso é bastante perigoso.
07:19
The big thing, on the right,
152
424000
2000
A coisa grande, à direita,
07:21
is the lithium we have in the world.
153
426000
2000
é o lítio que temos no mundo.
07:23
And lithium is in sea water. That's the yellow line.
154
428000
3000
E o lítio está na água do mar. Isso é a linha amarela.
07:26
And we have 30 million years worth of fusion fuel in sea water.
155
431000
4000
E nós temos o equivalente a 30 milhões de anos de combustível para fusão na água do mar.
07:30
Everybody can get it. That's why we want to do fusion.
156
435000
3000
Todos o podem obter. É por isso que queremos fazer fusão.
07:33
Is it cost-competitive?
157
438000
3000
Terá um preço competitivo?
07:36
We make estimates of what we think it would cost
158
441000
2000
Fazemos estimativas do que achamos que poderá ser o custo
07:38
to actually make a fusion power plant.
159
443000
2000
para construir de facto uma central de fusão nuclear.
07:40
And we get within about the same price
160
445000
3000
E obtemos aproximadamente o mesmo preço
07:43
as current electricity.
161
448000
2000
que a electricidade actualmente.
07:45
So, how would we make it?
162
450000
2000
Portanto, como a construiríamos?
07:47
We have to hold something at 150 million degrees.
163
452000
3000
Temos de segurar algo a 150 milhões de graus.
07:50
And, in fact, we've done this.
164
455000
3000
E, de facto, já conseguimos fazê-lo.
07:53
We hold it with a magnetic field.
165
458000
2000
Nós seguramo-lo com um campo magnético.
07:55
And inside it, right in the middle of this toroidal shape, doughnut shape,
166
460000
5000
E no seu interior, mesmo no centro desta forma toroidal, forma de um donut,
08:00
right in the middle is 150 million degrees.
167
465000
2000
mesmo no centro temos 150 milhões de graus.
08:02
It boils away in the middle at 150 million degrees.
168
467000
4000
Está a ferver no centro a 150 milhões de graus.
08:06
And in fact we can make fusion happen.
169
471000
2000
E de facto podemos fazer a fusão acontecer.
08:08
And just down the road, this is JET.
170
473000
2000
E mesmo ao fundo da rua, isto é o JET.
08:10
It's the only machine in the world that's actually done fusion.
171
475000
2000
É a única máquina no mundo que realmente fez fusão.
08:12
When people say fusion is 30 years away, and always will be,
172
477000
3000
Quando as pessoas dizem que a fusão está a 30 anos de distância, e sempre estará,
08:15
I say, "Yeah, but we've actually done it." Right?
173
480000
3000
Eu digo, "Pois, mas nós já o fizemos." Certo?
08:18
We can do fusion. In the center of this device
174
483000
2000
Nós podemos fazer fusão. No centro deste dispositivo
08:20
we made 16 megawatts of fusion power in 1997.
175
485000
3000
nós produzimos 16 MW (megawatts) de energia em 1997.
08:23
And in 2013 we're going to fire it up again
176
488000
3000
E em 2013 vamos acende-lo novamente
08:26
and break all those records.
177
491000
2000
e quebrar todos esse recordes.
08:28
But that's not really fusion power. That's just making some fusion happen.
178
493000
3000
Mas isso não é realmente energia de fusão. É somente fazer acontecer fusão.
08:31
We've got to take that, we've got to make that into a fusion reactor.
179
496000
3000
Nós temos de pegar nisso, temos de transformar isso num reactor de fusão.
08:34
Because we want 30 million years worth of fusion power for the Earth.
180
499000
5000
Porque queremos o equivalente a 30 milhões de anos de energia de fusão na Terra.
08:39
This is the device we're building now.
181
504000
2000
Este é o dispositivo que estamos a construir agora.
08:41
It gets very expensive to do this research.
182
506000
2000
Fica bastante dispendioso fazer esta investigação.
08:43
It turns out you can't do fusion on a table top
183
508000
2000
Acontece que não podemos fazer fusão no tampo de uma mesa
08:45
despite all that cold fusion nonsense. Right?
184
510000
3000
apesar de todos os disparates sobre fusão a frio. Certo?
08:48
You can't. You have to do it in a very big device.
185
513000
3000
Não se pode. Tem que se fazer num dispositivo muito grande.
08:51
More than half the world's population is involved in building this device
186
516000
3000
Mais de metade da população mundial está envolvida na construção deste dispositivo
08:54
in southern France, which is a nice place to put an experiment.
187
519000
3000
no sul de França. Que é um sítio óptimo para por uma experiência.
08:57
Seven nations are involved in building this.
188
522000
4000
Sete nações estão envolvidas na sua construção.
09:01
It's going to cost us 10 billion. And we'll produce half a gigawatt of fusion power.
189
526000
4000
Vai custar-nos 10 mil milhões. E produziremos meio gigawatt de energia de fusão.
09:05
But that's not electricity yet.
190
530000
3000
Mais isto ainda não é electricidade.
09:08
We have to get to this.
191
533000
2000
Temos de chegar a isto.
09:10
We have to get to a power plant.
192
535000
2000
Temos de chegar a uma estação nuclear.
09:12
We have to start putting electricity on the grid
193
537000
2000
Temos de começar a colocar electricidade na rede
09:14
in this very complex technology.
194
539000
2000
nesta tecnologia muito complexa.
09:16
And I'd really like it to happen a lot faster than it is.
195
541000
3000
E eu gostaria realmente que acontecesse mais rapidamente do que previsto.
09:19
But at the moment, all we can imagine is sometime in the 2030s.
196
544000
5000
Mas de momento tudo o que podemos imaginar é algo por volta de 2030.
09:24
I wish this were different. We really need it now.
197
549000
2000
Desejava que fosse diferente. Precisamos dela realmente agora.
09:26
We're going to have a problem with power
198
551000
2000
Vamos ter um problema com a energia
09:28
in the next five years in this country.
199
553000
2000
nos próximos 5 anos neste país.
09:30
So 2030 looks like an infinity away.
200
555000
4000
Portanto 2030 parece infinitamente longe.
09:34
But we can't abandon it now; we have to push forward,
201
559000
2000
Mas não o podemos abandonar agora, temos de continuar a impulsionar.
09:36
get fusion to happen.
202
561000
2000
fazer com que a fusão aconteça.
09:38
I wish we had more money, I wish we had more resources.
203
563000
2000
Eu desejava que tivéssemos mais dinheiro, eu desejava que tivéssemos mais recursos.
09:40
But this is what we're aiming at,
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565000
2000
Mas isto é ao que estamos a apontar,
09:42
sometime in the 2030s --
205
567000
2000
algures na década de 2030
09:44
real electric power from fusion. Thank you very much.
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569000
2000
verdadeira energia eléctrica de fusão. Muito obrigado.
09:46
(Applause)
207
571000
3000
(Aplausos)
ABOUT THE SPEAKER
Steven Cowley - PhysicistSteven Cowley directs the UK's leading fusion research center. Soon he'll helm new experiments that may make cheap fusion energy real on a commercial scale.
Why you should listen
The promise of fusion seems to have inspired more science-fiction novels than it has real developments in renewable energy, but Steven Cowley has begun to upset that balance. As director of the Culham Fusion Science Center, he's collaborating with the UK Atomic Energy Authority and researchers on the France-based ITER fusion device on projects that may lead to cheap, nearly limitless carbon-free energy.
Fusion (the process by which lightweight atoms under pressure are fused to form heavier atoms, releasing energy) has long been the Holy Grail of renewable energy, but at the moment it only occurs in the cores of stars. Yet Cowley isn't too shy to proclaim that harnessing its power on an Earthly scale is now inevitable. At UCLA, he made observations on some of the most violent phenomena in the local universe -- solar flares, storms in the Earth's magnetosphere -- and now his research is coming directly into play as he plans devices that, theoretically, would contain 100-million-degree gas using powerful magnetic fields.
Steven Cowley | Speaker | TED.com