Cercetătorii care utilizează stelaratorul Wendelstein 7-X din Germania au obţinut un nou record privind plasma dintr-un reactor de fuziune nucleară, ceea ce arată că ne apropiem într-adevăr de atingerea obiectivului oamenilor de ştiinţă de obţinere a unei surse practic nelimitate de energie curată.

Experimentele desfăşurate cu ajutorul stelaratorului Wendelstein 7-X, un dispozitiv care utilizează magneți pentru a confina nori de plasmă (un gaz fierbinte, încărcat electric), sugerează că prin utilizarea unei noi soluţii de proiectare a interiorului reactorului se poate genera mai multă energie decât în oricare alt reactor de fuziune de acest tip construit până în prezent.

Wendelstein 7-X a fost pus în funcţiune la Max Planck Institute for Plasma Physics din Germania la sfârșitul anului 2015 şi cu această ocazie a dovedit  că temperatura unui flux de plasmă, format din ioni de heliu, poate fi menţinută timp de aproximativ o zecime de secundă până la un milion de grade Celsius.

Chiar dacă această temperatură este insuficientă pentru producerea de energie prin reacţia de fuziune nucleară, trebuie să ţinem cont de faptul că Wendelstein 7-X nu a fost conceput să funcționeze ca un reactor nuclear de putere, ci ca un dispozitiv experimental menit să faciliteze găsirea unor soluţii optime de utilizarea a tehnologiei de fuziune nucleară.

În ultimele teste, plasma formată din ioni de heliu care a fost generată în stelaratorul Wendelstein 7-X a atins o temperatură de 40 de milioane Kelvin, de 4 ori mai mare decât în experimentele anterioare, în condiţiile în care energia de alimentare a stelaratorului Wendelstein 7-X a fost de 18 ori mai mare decât în testele anterioare.

O reacţie de fuziune nucleară stabilă se produce atunci când densitatea particulelor din plasmă, timpul de confinare a plasmei şi temperatura plasmei ating o anumită valoare. Plasma trebuie să fie extrem de fierbinte, mai mult de 30 de milioane de grade Celsius, stabilizată în condiții de presiune ridicată şi menţinută într-un volum fix.

Reactorul de fuziune nucleară este considerat de mulţi oameni de ştiinţă drept soluţia pentru obţinerea de energie nelimitată, curată şi sigură, care va încheia practic dependența omenirii de combustibilii fosili.

Spre deosebire de reactoarele nucleare pe bază de fisiune care generează deșeuri radioactive, reactoarele de fuziune sunt practic nepoluante. De asemenea, combustibilul necesar reactoarelor de fuziune nucleară este disponibil în cantităţi mari, astfel încât aceste reactoare ar putea fi considerate o sursă nelimitată de energie, cel puțin teoretic.

Pentru a se obţine fuziunea nucleară, adică unirea a două sau mai multe nuclee atomice uşoare într-un nucleu mai greu, este necesar ca temperatura plasmei să fie în jur de 100 de milioane Kelvin, iar această condiţie necesită realizarea unor reactoare de fuziune speciale. În prezent există două tipuri promițătoare de astfel de reactoare, iar Wendelstein 7-X reprezintă unul dintre ele.

Reactorul Alcator C-Mod de la MIT (Massachusetts Institute of Technology) este un reactor experimental de fuziune de tipul Tokamak care foloseşte câmpuri magnetice puternice pentru confinarea plasmei supraîncălzite într-o cameră în formă de tor. Acesta poate genera o cantitate impresionantă de energie, dar este instabil în funcţionare generând energie doar pentru o scurtă perioadă de timp.

Construcția reactorului Tokamak

Construcția reactorului Tokamak

În schimb, funcţionarea stelaratoarelor precum Wendelstein 7-X se bazează pe utilizarea unor câmpuri magnetice generate de bobine supraconductoare pentru a confina plasma într-un circuit elicoidal. Această soluţie constructivă asigură un control mai precis al fluxului de plasmă, astfel încât reacţiile de fuziune nucleară pot fi menţinute un timp mai îndelungat.

Stelarator

Construcția stelaratorului

Într-o serie de experimente recente s-a reuşit confinarea plasmei în stelaratorul Wendelstein 7-X timp de aproximativ 25 de secunde, în comparaţie cu maxim 6 secunde în cazul unor experimente anterioare. Nu putem vorbi încă de perioade de confinare de ordinul orelor, dar este cu siguranţă un progres important.

Reactorul de fuziune Wendelstein 7-X

Reactorul de fuziune Wendelstein 7-X. Credit: IPP

Toate aceste recorduri privind plasma dintr-un reactor de fuziune nucleară de tipul stelarator s-au datorat, în parte, utilizării unui nou tip de placare interioară a reactorului care asigură un control mai bun al fluxului de plasmă prin devierea particulelor parazite care afectează circulaţia plasmei prin camera reactorului.

Stelaratorul Wendelstein 7-X

Interiorul stelaratorului Wendelstein 7-X. Credit: IPP, Jan Michael Hosan

În continuare oamenii de ştiinţă se vor concentra asupra îmbunatăţirii placării reactorului pentru a creşte densitatea şi temperatura plasmei.

Analiza experimentelor desfăşurate în anul 2016 a dovedit că metodele pe care le-au testat cercetătorii pentru a optimiza funcţionarea reactorului Wendelstein 7-X au fost corecte.

Cu toate acestea, cercetările continuă pentru creşterea eficienţei energetice a reactorului, dar şi pentru obţinerea combustibilului necesar funcţionării acestuia.

Să nu uităm că reactoarele experimentale de fuziune construite până în prezent consumă mai multă energie decât produc şi că combustibilul utilizat este, de obicei, tritiul, un izotop radioactiv al hidrogenului, care nu se găsește în cantităţi semnificative pe Pământ, deci care trebuie să fie produs într-un reactor sau extras din altă parte.

Această cercetare a fost publicată în Nature.

Sursă: Science Alert