Laboratorul JET din Marea Britanie, conceput pentru a studia fuziunea în condiții apropiate de cele necesare unei centrale electrice, și-a doborât propriul record mondial pentru cantitatea de energie pe care o poate extrage prin fuziunea a două forme de hidrogen.
Fuziunea, sau reacția termonucleară a elementelor ușoare, sunt reacții tipice care au loc în soare și în alte stele, scrie BBC.
Dacă fuziunea nucleară poate fi recreată cu succes pe Pământ, aceasta oferă potențialul unor surse nelimitate de energie cu emisii scăzute de carbon și radiații scăzute.
Experimentele din laboratorul britanic au produs 59 de megajouli de energie în cinci secunde (11 megawați de putere). Un joul este unitatea de măsură a energiei în sistemul internațional și reprezintă forța de 1 newton imprimată pe o distanță (formula lucrului mecanic este forța pe distanță) de un metru.
Cantitatea de energie astfel eliberată este mai mult decât dublul a ceea ce s-a obținut la teste similare făcute în urmă cu 24 de ani, în 1997.
Nu este o producție masivă de energie, ea fiind suficientă pentru a fierbe aproximativ 60 de ibrice cu apă. Dar semnificația este că validează alegerile de proiectare care au fost făcute pentru un reactor de fuziune și mai mare care se construiește în acest moment în Franța.
„Experimentele JET ne-au adus cu un pas mai aproape de puterea de fuziune”, a spus dr. Joe Milnes, șeful operațiunilor de la laboratorul reactorului, citat de BBC.
„Am demonstrat că putem crea o mini stea în interiorul mașinăriei noastre și să o ținem acolo timp de cinci secunde și să obținem performanțe ridicate, ceea ce ne duce într-adevăr pe un tărâm cu totul nou.”
Revoluție în domeniul fuziunii nucleare, sursă de energie nepoluantă
Facilitatea ITER, reactorul de fuziune din sudul Franței, este susținută de un consorțiu de guverne mondiale, inclusiv din statele membre UE, SUA, China și Rusia. Este ultima creație omenească menită să demonstreze că fuziunea nucleară poate deveni un furnizor de energie de încredere în a doua jumătate a acestui secol.
Funcționarea centralelor electrice ale viitorului pe bază de fuziune nu ar produce gaze cu efect de seră, ci doar cantități foarte mici de deșeuri radioactive de scurtă durată.
„Aceste experimente pe care tocmai le-am finalizat trebuiau să funcționeze”, a spus directorul general al JET, prof. Ian Chapman. „Dacă nu ar fi făcut-o, atunci ne-am fi îngrijorat cu adevărat asupra capacității ITER de a-și putea îndeplini obiectivele.”
„Era o mica foarte mare, iar faptul că am realizat tot ceea ce am făcut s-a datorat strălucirii oamenilor și a încrederii lor în efortul științific”, a spus el pentru BBC News.
Fuziunea funcționează pe principiul că energia poate fi eliberată prin forțarea unirii nucleelor atomice mai degrabă decât prin divizarea lor, așa cum se întâmplă în cazul fisiunii nucleare, care conduc centralele nucleare existente.
Ambele procese eliberează energie. În timp ce fuziunea reprezintă contopirea a doi sau mai mulți atomi mai ușori, într-unul mai mare, fisiunea reprezintă scindarea unui atom mai mare în doi sau mai mulți atomi mai mici. Fuziunea, spre deosebire de fisiune produce mai puțin particule radioactive iar energia eliberată este de trei până la patru ori mai mare decât cea procurată prin fisiune.
În miezul Soarelui, presiuni gravitaționale uriașe permit acest lucru la temperaturi de aproximativ 10 milioane de grade Celsius. La presiuni mult mai scăzute care sunt posibile pe Pământ, temperaturile pentru a produce fuziunea trebuie să fie mult mai mari, peste 100 de milioane de grade Celsius.
Or, nu există materiale care să reziste la contactul direct cu o astfel de temperatură. Așa că, pentru a realiza fuziunea într-un laborator, oamenii de știință au conceput o soluție în care un gaz supraîncălzit, sau plasmă, este ținut în interiorul unui câmp magnetic în formă de gogoașă.
Sătucul în care se produce energia viitorului
Joint European Torus (JET), situat în Culham, un mic sat de 8 kilometri pătrați, de lângă râul Tamisa, lângă Abingdon, în Oxfordshire/Marea Britaine, a făcut pionierat într-un domeniu de aproape 40 de ani. Iar în ultimii 10 a fost configurat pentru a putea reproduce configurația necesară ITER, reactorul de fuziune din sudul Franței
Pentru Roger Harrabin, analist de mediu, anunțul realizării fuziunii reprezintă o veste grozavă, dar, spune el, din păcate nu va fi de prea mare folos în efortul reducerii immediate a efectelor schimbărilor climatice.
Există o mare incertitudine cu privire la momentul în care energia de fuziune va fi gata pentru comercializare, remarcă analistul.
O primă estimare sugerează că ar fi posibil peste 20 de ani. Apoi, fuziunea ar trebui să se extindă ca metodă de producere a energiei, ceea ce ar mai însemna încă o întârziere de câteva decenii.
Or, Regatul Unit s-a angajat deja să aibă emisii zero până în 2035, adică peste doar 13 ani, remarcă el.
El spune, parafrazându-l pe colegul său, Jon Amos, că fuziunea nu este o soluție pentru a permite atingerea zero net nici măcar în 2050, ci abia pentru cel mult a doua jumătate a acestui secol.
„Combustibilul” preferat al laboratorului francez pentru producerea plasmei va fi un amestec de două forme (sau izotopi) de hidrogen: deuteriu și tritiu.
JET a fost rugat să facă o căptușeală pentru vasul toroidal de 80 de metri cubi care cuprinde câmpul magnetic, care ar funcționa eficient cu acești izotopi.
Pentru experimentele sale din 1997, JET a folosit carbon, dar carbonul absoarbe tritiul, care este radioactiv. Deci, pentru cele mai recente teste, noii pereți ai vasului au fost construiți din beriliu și wolfram (sau tungsten). Acestea sunt de 10 ori mai puțin absorbante.
Beriliul este produs prin nucleosinteză stelară și este foarte rar în univers. Este întâlnit în natură doar în combinații cu alte elemente, fiind prezent în compoziția mineralelor.
Wolframul este un metal foarte dur, nu este casant și devine ductil în stare pură păstrându-și în același timp rezistența. Are o densitate extraordinar de mare, de 19,3 grame pe centimetru cub. Din toate metalele pure, punctul lui de topire este cel mai ridicat, iar punctul de fierbere este al doilea ca mărime după carbon. Utilitatea lui cunoscută mai ales ca filament în becurile electrice.
Echipa științifică JET a trebuit apoi să ajusteze plasma pentru a o face eficientă în acest mediu nou.
„Acesta este un rezultat uimitor, deoarece au reușit să demonstreze cea mai mare cantitate de energie din reacțiile de fuziune ale oricărui dispozitiv din istorie”, a comentat doctorul Arthur Turrell, autorul cărții „Constructorii de stele. Fuziunea nucleară și cursa de alimentare a planetei”.
„Este un moment de referință pentru că au demonstrat că plasma poate fi stabilă cinci secunde. Nu pare foarte mult, dar în termeni de fizică nucleară înseamnă, într-adevăr, foarte, foarte mult. De aici, este foarte ușor să treci de la cinci secunde la cinci minute sau cinci ore sau chiar mai mult.”
De fapt, JET nu mai poate rula în acest moment pentru că electromagneții săi de cupru se încălzesc prea mult. Așa că pentru ITER se vor folosi magneți supraconductori răciți intern.
Reacțiile de fuziune din laborator consumă mai multă energie pentru inițiere decât pot produce. La JET, sunt folosite pentru experimente două volante de 500 de megawați.
Viitorul este al plasmei
Dar există dovezi solide că acest deficit poate fi depășit în viitor, odată cu dezvoltarea plasmei. Volumul vasului toroidal al ITER va fi de 10 ori mai mare decât al celui de la JET. Se speră că laboratorul francez va ajunge la un anumit prag de rentabilitate pe măsură ce experimentele vor înainta pentru a se ajunge la producerea energiei electrice la un nivel accesibil consumatorilor.
Din cei aproximativ 300 de oameni de știință care lucrează ca JET, un sfert sunt la începutul carierei lor. Ei vor trebui să ducă mai departe ștafeta cercetării.
„Fuziunea durează mult, este complexă, este dificilă”, spune dr. Athina Kappatou, care are treizeci de ani. „De aceea trebuie să ne asigurăm că, de la o generație la alta, există oameni de știință, există ingineri și personal tehnic care să ducă lucrurile mai departe”.
Cu toate acestea, rămân multe provocări tehnice. În Europa, aceste provocări sunt rezolvate de consorțiul Eurofusion, care cuprinde aproximativ 5.000 de experți în știință și inginerie din întreaga Uniunea Europeană, Elveția și Ucraina.
Marea Britanie este de asemenea unul dintre participanți. Implicarea sa deplină în ITER presupune asocierea sa la anumite programe științifice ale UE, lucru care până acum a fost blocat de neînțelegerile privind acordurile comerciale post-Brexit, în special în legătură cu Irlanda de Nord.
Este posibil ca JET să fie dezafectat după 2023, iar ITER să înceapă experimentele cu plasmă în 2025 sau la scurt timp după.
