Este cunoscută o anecdotă: fuziunea nucleară va fi peste douăzeci de ani. Va fi întotdeauna peste douăzeci de ani. Această glumă, care acum nu mai este amuzantă, a apărut din optimismul oamenilor de știință care, în anii 1950 (și în fiecare deceniu următor), credeau că fuziunea nucleară era la doar 20 de ani. Acum, această anecdotă a fost luată în serios de o pornire de la MIT (Massachusetts Institute of Technology), o instituție extrem de respectată și cunoscută: Commonwealth Fusion Technologies. Startup-ul promite să lanseze un reactor de fuziune nucleară în 15 ani. Promite energie ieftină, curată și nelimitată, care va rezolva toate crizele de combustibil fosil și schimbările climatice. Deci ei spun: „o sursă de energie potențial inepuizabilă și fără carbon”.
Singura problemă: am auzit asta de multe ori înainte. Ce este diferit de data asta?
Un alt clișeu faimos privește energia fuziunii. Ideea este simplă: puneți soarele într-o sticlă. Nu mai rămâne decât să construim o sticlă. Energia de fuziune alimentează stelele, dar necesită condiții incredibil de calde și dense pentru ca plasma să funcționeze.
O cantitate enormă de energie poate fi eliberată când două nuclee ușoare se contopesc: fuziunea deuteriu-tritiu, care este realizată ca parte a experimentului ITER, emite 17,6 MeV pe reacție, de un milion de ori mai multă energie pe moleculă decât obțineți de la explozia TNT. Dar pentru a elibera această energie, trebuie să depășiți repulsia electrostatică puternică între nuclee, care sunt ambele încărcate pozitiv. Interacțiunea puternică la distanțe scurte duce la o fuziune care eliberează toată această energie, dar nucleele trebuie aduse foarte aproape - pe femtometre. În stele, acest lucru se întâmplă de la sine datorită presiunii gravitaționale colosale asupra materialului, dar pe Pământ acest lucru este mai dificil.
În primul rând, trebuie să încercați să găsiți materiale care să supraviețuiască după expunerea la temperaturi de sute de milioane de grade Celsius.
Plasma este formată din particule încărcate; materia și electronii sunt spălați. Poate fi ținut în loc de un câmp magnetic care pliază plasma în cerc. Manipulările cu câmpul magnetic permit și comprimarea acestei plasme. În anii 1950 și 1960, a apărut o întreagă generație de dispozitive cu nume exotice: Stellarator, forsiatron, Z-Pinch, concepute pentru acest lucru. Dar plasma pe care încercau să o țină era instabilă. Plasma în sine generează câmpuri electromagnetice, poate fi descrisă de o teorie foarte complexă a magnetohidrodinamicii. Abateri ușoare sau defecte de pe suprafața plasmei au scăpat rapid de sub control. Pe scurt, dispozitivele nu au funcționat așa cum a fost dorit.
Uniunea Sovietică a dezvoltat un dispozitiv tokamak care oferea performanțe mult îmbunătățite. În același timp, a fost inventat un laser, permițând un nou tip de sinteză - sinteza cu limită inerțială.
În acest caz, nu mai este necesar să mențineți arderea plasmei în câmpuri magnetice, este necesar să o comprimați printr-o explozie folosind lasere într-un timp scurt. Dar experimentele cu limitarea inerțială au suferit și din instabilități. Funcționează încă din anii ’70 și poate într-o zi să-și ia drumul, dar cel mai mare până în prezent, Laboratorul Național de Aprindere din Livermore, California, nu a ajuns niciodată într-un punct de pauză în care va fi produsă mai multă energie decât cheltuită.
Video promotional:
O mare parte din speranță este cu ITER, cel mai mare tokamak de confuzie magnetică din lume, care este încă în construcție.
Dezvoltatorii proiectului speră să aprindă plasma în 20 de minute pentru a genera 500 MW de putere cu o intrare nominală de 50 MW. Experimentele complete de fuziune sunt planificate pentru 2035, dar problemele legate de cooperarea internațională dintre SUA, URSS (pe atunci), Japonia și Europa au dus la întârzieri lungi și la întinderea bugetului. Proiectul întârzie cu 12 ani și costă 13 miliarde de dolari. Acest lucru nu este neobișnuit pentru proiectele care necesită instalare uriașă.
Conform planului ITER, primul reactor termonuclear de fuziune care va funcționa ca o centrală electrică, cu aprindere și susținere a fuziunii, DEMO, ar trebui să intre în funcțiune în 2040 sau chiar în 2050. Cu alte cuvinte, fuziunea nucleară … va fi peste douăzeci de ani. Există o tendință de a rezolva problemele cu instabilitățile prin construirea tot mai multe facilități. ITER va fi mai mare decât JET, iar DEMO va fi mai mare decât ITER.
De-a lungul anilor, multe echipe au contestat colaborarea internațională cu modele mai mici. Întrebarea nu este viteza, ci practic. Dacă într-adevăr este nevoie de miliarde de dolari și zeci de ani pentru a construi un reactor de fuziune, va merita deloc? Cine va plăti pentru construcție? Poate că până la construirea unui tokamak funcțional, combinația de panouri solare și baterii noi ne va furniza o energie care va fi mai ieftină decât cea fabricată pe tokamak. Unele proiecte - chiar celebrul „fuziune la rece” - s-au dovedit a fi false sau nu funcționează.
Alții merită mai multă atenție. Startup-uri cu noi proiecte de reactor de fuziune - sau, în unele cazuri, versiuni revizuite ale încercărilor mai vechi.
Tri Alpha se așteaptă să se ciocnească de nori de plasmă într-o structură care amintește de colectorul de Hadroni Mari și apoi să țină plasma de fuziune într-un câmp magnetic suficient de lung pentru a rupe și a genera energie. Au reușit să obțină temperaturile și limitarea plasmatică necesare în câteva milisecunde și, de asemenea, au strâns peste 500 de milioane de dolari în capitalul de risc.
Lockheed Martin Skunk Works, cunoscut pentru proiectele lor secrete, a făcut un splash în 2013 anunțând că lucrează la un reactor de fuziune compact, de 100 MW, de dimensiunea unui motor cu jet. La acel moment, ei au declarat că prototipul va fi gata peste cinci ani. Desigur, nu au dezvăluit detaliile proiectului. În 2016, s-a confirmat că proiectul primește finanțare, dar mulți și-au pierdut deja credința și au câștigat scepticism.
Și pe fundalul tuturor acestei dizgrații, oamenii de știință din MIT au izbucnit în inel. Bob Mumgaard, CEO al Commonwealth Fusion Energy, a declarat: „Ne-am angajat să obținem o stație de lucru la timp pentru a combate schimbările climatice. Credem că știința, viteza și scalarea proiectului vor dura cincisprezece ani.
Noul proiect al MIT aderă la proiectarea tokamak-ului, așa cum s-a întâmplat în trecut. Dispozitivul SPARC se presupune că produce 100 MW de energie în 10 impulsuri de închidere de 10 secunde. A fost deja posibil să obțineți energie din impulsuri înainte, dar punctul de pauză este ceea ce atrage cu adevărat oamenii de știință.
Un sos special în acest caz este noul magneți supraconductori la temperatură înaltă, obținuți din oxid de litiu-bariu-cupru. Având în vedere că HTSM poate crea câmpuri magnetice mai puternice la aceeași temperatură cu magneții convenționali, poate fi posibilă comprimarea plasmei cu o putere de intrare mai mică, un dispozitiv magnetic mai mic și obținerea unor condiții de sinteză într-un dispozitiv care este de 65 de ori mai mic decât ITER. Acesta este planul, oricum. Ei speră să creeze magneți supraconductori în următorii trei ani.
Oamenii de știință sunt optimiști: „Strategia noastră este să folosim fizica conservatoare bazată pe zeci de ani de muncă la MIT și în alte părți”, a declarat Martin Greenwald, director asociat al Centrului pentru Știința Plasmei și Fuziunii la MIT. „Dacă SPARC atinge performanțele scontate, instinctul meu dictează că poate fi extins până la o centrală reală”.
Există multe alte proiecte și startup-uri care promit în mod similar să ocolească tot felul de tokamaks și bugete de colaborare internațională. Este dificil de spus dacă vreunul dintre ei va găsi ingredientul secret pentru sinteză, sau dacă ITER, cu greutatea sa în comunitatea științifică și sprijinul țărilor, va câștiga. Încă este dificil de spus când și dacă fuziunea va deveni cea mai bună sursă de energie. Sinteza este dificilă. Așa arată istoria.
Ilya Khel
