Por que há tanto interesse em torno da possibilidade de geração de energia elétrica por meio da fusão nuclear? Quais são as dificuldades enfrentadas para que isso se torne possível? Qual a física envolvida nesse processo? Quais as diferenças e semelhanças com o processo de fissão nuclear? Essas questões, no contexto da busca por uma fonte de energia ecologicamente limpa e segura, podem funcionar como elemento motivador para despertar a curiosidade dos estudantes e levá-los a investigar os princípios de física moderna envolvidos.

Inicialmente, indica-se a leitura do texto em questão da Revista Ciência Hoje como tarefa a ser realizada em casa, com posterior abordagem em aula. Recomenda-se a consulta a sites ligados à área energética brasileira (ver ‘Explore +’) que divulgam dados a respeito da matriz energética brasileira, destacando a participação de processos ecologicamente mais satisfatórios e comparando-a com dados internacionais. O início da aula pode ser usado para uma troca de informações e impressões dos estudantes a respeito de uma análise desta matriz sob uma perspectiva ecológica, comparando, por exemplo, a participação de processos que envolvem combustíveis fósseis, que geram poluentes em maior quantidade, com hidrelétricas e centrais nucleares – sendo importante destacar que estes dois últimos não são desprovidos de problemas (alagamento de grandes áreas por represas, manejo de rejeitos nucleares…).

Os temas de física podem ser abordados em seguida. Pode-se começar com uma investigação dos princípios físicos envolvidos na geração de energia elétrica numa usina hidrelétrica – em particular o uso da transformação de energia potencial gravitacional em energia cinética da água em queda para movimentar as hélices de uma turbina; e a transformação de energia rotacional das hélices da turbina em energia elétrica. Esta última conexão envolve um conhecimento prévio da física da Lei de Faraday, que pode ser omitida se este pré-requisito não for satisfeito.

O tema central sugerido pelo texto da Ciência Hoje envolve as transformações de energia em processos nucleares. Como suporte da discussão deste processo, sugere-se uma exposição a respeito da estrutura de um núcleo atômico e sua composição em termos de prótons e nêutrons. Apresenta-se a seguir uma descrição dos dois processos principais, a fissão nuclear – típica em núcleos radioativos instáveis, tais como o produzido quando um núcleo de urânio 235 absorve um nêutron – e a fusão nuclear, que ocorre quando núcleos leves, como o hidrogênio, se fundem para formar um núcleo mais pesado, como o hélio. Nos dois processos ocorre liberação de energia, que pode ser associada à diferença de massas entre os núcleos iniciais e os produzidos pelo processo. Esta energia pode ser calculada pela famosa fórmula E=mc2, onde c é a velocidade da luz no vácuo. Em unidades do Sistema Internacional (SI), c é aproximadamente 3 x 108 m/s, e sugere-se uma atividade de manipulação desta fórmula com números simples, para mostrar a enorme quantidade de energia associada a diferenças de massas relativamente pequenas. Neste ponto, convém destacar uma diferença central entre os dois processos: a fissão gera como subproduto núcleos de elementos radioativos nocivos à saúde; a fusão gera subprodutos inócuos, daí a importância de se dominar esta técnica para possibilitar a geração de energia elétrica sem contaminar o ambiente em que vivemos. Uma finalização lúdica para a atividade pode usar o jogo “Helios”, produzido pela NASA, no qual o estudante segue regras simples, e que representam uma imitação do que ocorre em processos reais, para fundir núcleos de hidrogênio em hélio.