„Am ajuns mai aproape decât oricine până acum”: fizicienii au făcut un uriaş pas înainte în fuziunea nucleară

„Suntem mai aproape decât a ajuns oricine până acum”, a declarat, într-o conferinţe de presă, Omar Hurricane, fizicianul care a condus experimentele desfăşurate la Nuclear Ignition Facility (NIF), din cadrul Lawrence Livermore Laboratory, SUA. Rezultatele experimentelor au fost publicate în jurnalul Nature.

Experimentele au evidenţiat, de asemenea, începutul unui proces care ar putea duce la reacţia de „aprindere”, sau ingniţie, un punct decisiv în relizarea eficientă a fuziunii. Igniţia reprezintă punctul începând de la care reacţia de fuziune începe să se autoîntreţină; până atunci, este nevoie de introducerea de energie din exterior pentru a întreţine reacţia.

Totuşi, suntem încă departe de posibilitatea de a produce în mod eficient energie prin fuziune nucleară. 

Actuala metodă de obţinere a energiei nucleare se bazează pe procesul de fisiune – „spargerea” unor nuclee atomice, proces în care se eliberează energie.

Fuziunea ar reprezenta un proces invers – contopirea unor nuclee -, proces însoţit, de asemenea, de eliberarea de energie.

Dar, în vreme ce fisiunea nucleară, pe care se bazează atât producerea de energie în centralale atomice, cât şi fabricarea armelor nucleare, este un proces bine cunoscut,  fuziunea nucleară este un fenomen pe care oamenii nu au reuşit să îl stăpânească şi să îl facă eficient. Fuziunea nucleară se întâlneşte peste tot în Univers, la o scară colosală, având loc în stele (inclusiv în Soarele nostru), dar nu a putut fi reprodus în mod simplu şi eficient în laborator, în ciuda numeroaselor încercări. În centrul Soarelui, unde atomii de hidrogen se ciocnesc şi se contopesc, doi câte doi, dând naştere heliului, procesul are loc la temperaturi enorme, de 100 milioane de grade Celsius, iar densitatea atomilor este şi ea uriaşă – condiţii greu de imitat pe Pământ şi care necesită cantităţi imense de energie pentru a fi obţinute.

Fizicienii speră totuşi ca, într-o zi, fuziunea nucleară să înlocuiască fisiunea, fiind un proces mai „curat” de obţinere a energie, lipsit de riscurile asociate cu energia nucleară obţinută prin fisiune.

Realizarea fuziunii nucleare pe Pământ necesită introducerea în reactor a unei mari cantităţi de energie, care să învingă forţele de respingere ce împiedică în mod obişnuit nucleele atomilor să se contopească. 

Pentru a fi eficientă ca metodă de obţinere a energiei, reacţia de fuziune trebuie să se autoîntreţină şi trebuie să genereze mai multă energie decât a fost necesară pentru iniţierea ei.

Rezultatele obţinute de cercetă0torii de la Nuclear Ignition Facility (NIF) ne apropie de acest moment.

În setul de experimente realizate de ei, fizicienii au bombardat cu 192 de fascicule laser un recipient special din aur, numit hohlraum (foto); în interiorul său se afla o peliculă foarte subţire de „combustibil”, compus din deuteriu şi tritiu, izotopi grei ai hidrogenului, având mai mulţi neutroni decât forma comună a hidrogenului.

Când fasciculul laser atinge hohlraum-ul, aurul emite raze X care vaporizează metalul şi comprimă stratul de combustibil, cu o presiune de 35 ori mai mare decât cea iniţială, iar astfel combustibilul atinge o densitate de 2-3 ori mai mare decât cea din centrul Soarelui. 

„E ca şi cum ai porni de la o minge de baschet şi ai comprima-o până ar ajunge de mărimea unui bob de mazăre”, a spus Debbie Callahan, cercetător al NIF şi unul dintre autorii studiului.

Printr-o comprimare atât de puternică, este învinsă forţa de respingere dintre atomii de hidrogen şi este iniţiată o reacţie de fuziune între aceştia. Această reacţie, la rândul ei, dă naştere unor particule radioactive alfa (nuclee de heliu) care încălzesc combustibilul şi declanşează mai multe reacţii de fuziune – un proces numit „bootstrapping”, ce reprezintă primul pas către igniţie.

În experimentele realizate la NIF, cercetătorii au reuşit să depăşească unul dintre obstacolele principale ale tehnologiei fuziunii: cantitatea de energie produsă de combustibilul de fuziune a fost mai mare decât cantitatea de energie furnizată de lasere pentru iniţierea reacţiei.

Totuşi, asta nu înseamnă că procesul este eficient economic, pentru că, dacă se ia în calcul balanţa energetică totală a procesului, acesta  tot consumă de cca. 100 de ori mai mult decât produce (e nevoie de multă energie pentru generarea fasciculelor laser, de exemplu).

Rămâne, totuşi, un progres foarte promiţător, care ne apropie de ziua în care vom putea folosi fuziunea nucleară pentru producerea energiei.

Sursa: Live Science / Credit foto: dr. Eddie Dewald