Cum ne-au pregătit SF-urile pentru fuziunea nucleară, reușita istorică anunțată de SUA

Cercetătorii de la Laboratorul Național Lawrence Livermore au anunțat marți că au făcut o descoperire majoră în studiul fuziunii, cunoscută și ca reacția termonucleară care menține soarele în funcțiune. Vestea a stârnit mari speranțe, deoarece, dacă va fi reprodusă și controlată, ar putea oferi într-o zi o sursă generoasă de energie fără emisii de carbon.

Dacă acest lucru sună a science-fiction, ei bine, asta se datorează faptului că am fost amplu pregătiți pentru această descoperire în cultura populară, unde versiuni alternative ale prezentului nostru și închipuiri fantastice ale viitorului ne-au prezentat tehnologii imposibile alimentate de o combinație de efecte speciale și jargon de neînțeles.

Probabil că sunteți deja familiarizați cu fuziunea datorită filmelor hollywoodiene.

În „Omul-Păianjen 2”, din 2004, omul de știință bine intenționat Dr. Octavius (alias Doc Ock, interpretat de Alfred Molina) creează un reactor de fuziune cu un soare artificial în centru.

Fascinația culturii pop pentru fuziune merge dincolo de un proces care susține robotica și mașinăriile. Visele colective ale culturii noastre privind energia sigură și nelimitată au fost întruchipate chiar de unii dintre supereroii noștri.

Protagoniști din benzile desenate precum Captain Atom și Doctor Solar au corpuri care pot manipula atomii pentru a crea explozii de energie. Firestorm poate schimba structurile de particule ale oricărei substanțe și o poate transmuta; și el însuși este un fel de metaforă pentru puterea fuziunii, în sensul că, în prima sa încarnare, a fost o combinație a două persoane diferite, Ronnie Raymond (interpretat de Robbie Amell) și Martin Stein (Victor Garber). Eroul DC Comics Damage are un corp care funcționează ca un reactor de fuziune biochimică, iar apoi există eroul drag al universului cinematografic Marvel, Tony Stark, un inginer care își einsteinizează un reactor cu arc electric în miniatură pentru a-și alimenta costumul de Iron Man și pentru a-l menține în viață.

Același lucru este valabil în multe universuri populare de science-fiction, precum „Războiul Stelelor”, unde sunt menționate generatoare și reactoare de fuziune, și „Star Trek”, unde sistemele de inginerie ale navelor stelare ale Federației folosesc un „subsistem de reacție prin fuziune”.

Câteva detalii științifice

Fuziunea nucleară diferă de fisiunea nucleară, tehnica utilizată în prezent în centralele nucleare şi care constă în spargerea legăturilor dintre nuclee atomice grele.

Fuziunea este procesul invers: sunt făcuţi să fuzioneze doi atomi uşori (de hidrogen) pentru a crea unul greu (heliu), iar acest proces eliberează energie.

Acesta este procesul care se desfăşoară în interiorul stelelor, inclusiv în Soare.

Fuziunea este posibilă doar prin încălzirea materiei la temperaturi extrem de ridicate (de ordinul a 150 de milioane de grade Celsius).

Prima metodă este fuziunea cu izolare magnetică. Într-un reactor imens, atomi uşori de hidrogen (deuteriu şi tritiu) sunt încălziţi. Materia este atunci în stare de plasmă, un fel de gaz cu densitate foarte scăzută. Ea este controlată cu ajutorul unui câmp magnetic, obţinut prin intermediul unor magneţi.

Este metoda care va fi utilizată în cadrul proiectului internaţional ITER, aflat în prezent în construcţie în Franţa, şi pe care o foloseşte deja JET (Joint European Torus) din apropiere de Oxford.

A doua metodă este izolarea inerţială. În acest caz, lasere cu energii foarte mari sunt trimise în interiorul unui cilindru de mărimea unui degetar de cusut, conţinând hidrogen.

Este tehnica utilizată de Laser Megajoule (LMJ) din Franţa, precum şi de proiectul cel mai avansat în domeniu, National Ignition Facility (NIF) din Statele Unite. În cadrul NIF a fost realizat experimentul istoric ce a permis obţinerea, pentru prima dată, a unui câştig de energie.

Obiectivul laboratoarelor care utilizează lasere era până acum mai mult acela de a demonstra principiul fizic în sine, în timp ce prima metodă încerca să reproducă o configuraţie apropiată de un viitor reactor cu fuziune.

Unde se află omenirea în acest moment?

Drumul este „încă foarte lung” înaintea „unei demonstraţii la scară industrială şi care să fie viabilă din punct de vedere comercial”, spune Erik Lefebvre, şef de proiect la Comisariatul pentru Energie Atomică (CEA). După părerea lui, astfel de proiecte vor avea nevoie de încă 20-30 de ani pentru a fi finalizate.

Probabil va fi nevoie „de decenii”, însă mai puţin de cinci decenii, a declarat marţi Kim Budil, directoarea Laboratorului Naţional Lawrence Livermore, de care depinde NIF din Statele Unite.

Acum, după ce un câştig net de energie a fost obţinut cu ajutorul laserelor, „trebuie să înţelegem cum să facem procesul să devină mai simplu”, a adăugat fiziciana americană.

Numeroase îmbunătăţiri tehnologice vor fi încă necesare: cantitatea de energie produsă va trebui să fie crescută, iar operaţiunea va trebui să poată fi repetată de numeroase ori la fiecare minut.

De ce atât entuziasm?

Spre deosebire de fisiune, fuziunea nu prezintă niciun risc de accident nuclear. „Dacă vreodată vor exista câteva lasere care nu se declanşează la momentul potrivit sau dacă izolarea plasmei prin câmpul magnetic nu este perfectă”, reacţia se opreşte pur şi simplu, a explicat Erik Lefebvre.

În plus, fuziunea nucleară produce mai puţine deşeuri radioactive decât actualele centrale nucleare.

Mai ales, ea nu generează gaze cu efect de seră.

„Este o sursă de energie care este total lipsită de carbon, care generează foarte puţine deşeuri şi care este, intrinsec, extrem de sigură”, a rezumat Erik Lefebvre. Acestea sunt motivele care fac din fuziunea nucleară „o soluţie de viitor pentru problemele de energie la scară planetară”.

Totuşi, din cauza stadiului de dezvoltare încă precoce, ea nu reprezintă o soluţie imediată pentru criza climatică şi pentru nevoia unei tranziţii rapide prin renunţarea la energiile fosile.