Fuziunea nucleară este considerată „Sfântul Graal” al cercetării în domeniul energiei. Aceasta ar putea furniza o sursă aproape nelimitată de energie curată și sigură. Iată care este stadiul actual al cercetării în acest domeniu și care sunt perspectivele privind viitorul energetic al omenirii.

Fuziunea nucleară nu este doar un vis. Este un proces natural care se produce zi de zi în stele. Soarele este un imens reactor de fuziune, iar reacţia nucleară care stă la baza funcţionării unui reactor de fuziune ar putea fi pentru omenire o sursă aproape nelimitată de energie curată.

SoareleSoarele. Credit: NASA

În reacția de fuziune nucleară doi atomi (în mod obişnuit atomi de hidrogen) se unesc pentru a forma un nou nucleu, mai greu (heliu), iar în urma acestui proces numit nucleosinteză se eliberează o cantitate mare de energie. Prin fuziunea a doi atomi rezultă un atom mai greu a cărui masă este mai mică decât masa celor doi atomi iniţiali, iar masa lipsă se transformă în energie prin reacţia de fuziune. Cantitatea de energia rezultată respectă ecuaţia lui Einstein, E=mc2, care exprimă echivalenţa dintre masă şi energie.

Reacţia nucleară de fuziune din interiorul stelelor se datorează temperaturilor ridicate şi presiunilor foarte mari, care sunt o consecinţă a forţelor gravitaţionale foarte mari.

Soarele este atât de masiv încât atomii de hidrogen sunt zdrobiţi sub presiunea cauzată de gravitația foarte mare şi se unesc pentru a crea heliu, eliberând astfel căldură, lumină și alte tipuri de de radiații care susțin, dar şi ameninţă, viaţa de pe Pământ.

O stea neutronică se formează atunci când o stea, care şi-a consumat combustibilul nuclear, explodează sub formă de supernovă, lăsând în urmă un nucleu format din materie degenerată. O stea neutronică este atât de densă încât o linguriţă din materia acesteia are o masă de aproximativ 5,5×1012 kg.

Pământul comparat cu Soarele, o stea pitică alba și o stea neutronicăPământul comparat cu Soarele, o stea pitică albă şi o stea neutronică. Credit: VisualPhotos

Condiţiile necesare declanşării reacţiei de fuziune pot fi reproduse şi pe Pământ prin utilizarea unor câmpuri magnetice care confinează plasma supraîncălzită din interiorul unui reactor de fuziune, denumit reactor Tokamak.

În anul 2013, în reactorul Tokamak EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak) din Hefei, China, s-a declanşat o reacție de fuziune care a durat aproximativ 30 de secunde, ceea ce reprezintă un mare pas înainte având în vedere că până atunci reacțiile de fuziune durau, în medie, doar câteva milisecunde.

De ce este reacţia de fuziune nucleară atât de greu de declanşat şi de controlat?

Dificultatea constă în controlul plasmei care trebuie păstrată şi izolată într-un spaţiu închis. Deoarece plasma are o temperatură de ordinul milioanelor de grade C, care este necesară declanşării reacţiei de fuziune, aceasta ar topi pereţii oricărui recipient în care s-ar afla.

De aceea oamenii de ştiinţă au căutat diferite metode de a confina în mod eficient plasma, iar în prezent metoda cea mai utilizată foloseşte un câmp magnetic care menţine plasma din interiorul reactorului la o distanță suficient de mare de pereții interiori ai acestuia.

Euro-Fusion explică acest proces: „Prin crearea unui câmp magnetic toroidal în interiorul reactorului Tokamak, ionii și electronii din plasmă sunt forţaţi să se deplaseze în jurul acestor linii de câmp, ceea ce împiedică particulele să scape din câmpul magnetic. Câmpuri magnetice suplimentare ajută la modelarea plasmei și o menţin stabilă în interiorul reactorului Tokamak. Câmpurile magnetice sunt generate de bobine care înconjoară reactorul”.

Construcția reactorului TokamakReactorul de fuziune Tokamak. Credit: ffden-2. Phys. Uaf.edu

Cu toate acestea, tehnologia utilizată pentru a crea câmpuri magnetice puternice nu este încă suficient de avansată, deşi cercetătorii au înregistrat progrese importante în acest sens.

De ce este reacţia de fuziune mai bună decât cea de fisiune?

În reacţia de fisiune nucleul unui atom se fragmentează în nuclee mai mici, datorită bombardării acestuia cu neutroni, în timp ce în reacţia de fuziune mai multe nuclee atomice se unesc între ele.

Reactoarele de fisiune din prezent folosesc de obicei uraniu 235 pe post de combustibil nuclear. Acesta este bombardat cu neutroni de mare viteză şi în urma dezintegrării nucleelor de uraniu se eliberează o mare cantitate de energiei care este apoi valorificată sub formă de căldură.

Reacţia de fisiune nucleară generează radiaţii gamma care sunt foarte periculoase, deoarece ele provoacă cancer în doze mici, dar pot fi şi letale în doze mari.

Mai mult, deșeurile nucleare rezultate în urma reacţiei de fisiune rămân radioactive pentru o lungă perioadă de timp. Ca exemplu, regiunea centralei atomoelectrice de la Cernobîl, acolo unde în anul 1986 s-a produs cel mai grav accident din istoria energiei nucleare, nu va fi locuibilă timp de aproximativ 20.000 de ani, cu toate că zona de excludere de la Cernobîl ar putea deveni locuibilă în următorii 200 de ani.

Chiar dacă şi reactoarele de fuziune generează deșeuri radioactive, acestea sunt mult mai puţin periculoase, deoarece au un timp de înjumătățire mult mai mic. În urma reacţiei de fuziune rezultă heliu, neutrini și căldură. Heliul este inofensiv deoarece este un gaz inert, căldura este utilizată pentru alimentarea generatoarelor de abur, iar emisiile de neutrini sunt ușor de contracarat prin ecranare în condiții normale.

Ce tip de combustibil utilizează reactoarele de fuziune?

Reactoarele de fuziune utilizează de obicei deuteriu, tritiu, heliu-3 sau bor-11. Aceste elemente sunt folosite în cantități relativ mici, iar deuteriul poate fi extras din apa de mare.

De ce suntem interesaţi de fuziunea nucleară?

Reacţia de fuziune are potențialul de a produce energie ieftină în condiţii de siguranţă.

Imaginați-vă că un reactor de fuziune compact ar putea fi transportat într-un camion în zone îndepărtate pentru a fi conectat la rețeaua de alimentare locală cu energie electrică. Credeți că putem face acelaşi lucru, în condiții de siguranță sau rapid, cu un reactor nuclear pe bază de fisiune? Nu.

Din punct de vedere comercial, reactoarele de fuziune vor fi mai sigure, mai puţin poluante şi mai eficiente energetic decât celelalte generatoare de energie electrică, furnizând mai multă energie electrică la un preţ mai mic.

Fuziunea nucleară reprezintă viitorul energetic al omenirii?

Din punct de vedere comercial, marile corporații vor urmări să deţină inițial monopolul asupra producţiei de energie prin reacţia de fuziune, deoarece corporațiile sunt cele care finanțează cea mai mare parte a cercetărilor din domeniul fuziunii nucleare. Cu toate acestea, concurența din domeniu ar trebui să conducă la scăderea costurilor acestei energii.

Producerea de energie prin reacţia de fuziune nucleară ar putea însemna şi renunţarea la energia obţinută din surse regenerabile, cum ar fi energia eoliană, energia solară sau energia valurilor şi mareelor.

Sursă: Futurism