Energia Soarelui va fi obţinută în laboratoare

Fizicienii de la Oxford au reuşit, pentru prima oară în lume, să unească două nuclee într-unul singur, nu prin metodele clasice de accelerare magnetică a particulelor, ci prin

Fizicienii de la Oxford au reuşit, pentru prima oară în lume, să unească două nuclee într-unul singur, nu prin metodele clasice de accelerare magnetică a particulelor, ci prin ridicarea temperaturii de reacţie până la 10 milioane de grade Celsius.

Ca urmare a acestui succes, Marea Britanie a decis să construiască un nou laborator de fuziune nucleară unde, cu ajutorul unui superlaser, se vor produce temperaturi şi presiuni echivalente celor din interiorul Soarelui.

Scopul acestor eforturi este realizarea unui proces tehnologic viabil prin care, încălzind particule infime de hidrogen, să se creeze cantităţi imense de energie. C

ombustibilul folosit pentru fuziune ar fi alcătuit din deuteriu şi tritiu, cei doi izotopi "grei" ai hidrogenului. O singură centrală de acest gen ar putea scoate omenirea din criza energetică actuală.

Laserul Vulcan, realizat în laboratoarele de la Oxford, poate încinge particulele grele de hidrogen până la 10 milioane de grade Celsius, determinându-le să fuzioneze

O energie de 100 de ori cât producţia de electricitate a planetei a fost concentrată într-un punct! Temperatura colosală a obligat două molecule să se unească.

De când cercetătorii au descifrat tainele mecanismelor intime ale materiei, oamenii s-au gândit că fuziunea nucleară ar putea deveni o sursă nelimitată de energie.

Reacţia prin care două nuclee atomice "se unesc" şi formează un nou nucleu mai mare, numită fuziune, are însă nevoie de condiţii speciale din punct de vedere tehnologic. Timp de ani de zile, punerea în practică a acestui vis s-a dovedit a fi imposibilă.

Fizicienii de la Oxford au reuşit acum, pentru prima oară în lume, să unească două nuclee într-unul singur, nu prin metodele clasice de accelerare magnetică a particulelor, ci prin ridicarea temperaturii de reacţie până la 10 milioane de grade Celsius. Bazându-se pe rapiditatea de acţiune a unui viitor laser, cercetătorii speră să poată controla reacţia de fuziune fără ca ea să se extindă.

Ca urmare a succeselor experimentale obţinute, Marea Britanie a decis să construiască un nou laborator de fuziune nucleară, unde, cu ajutorul laserului, se vor produce temperaturi şi presiuni echivalente celor din interiorul Soarelui. Scopul acestor eforturi este realizarea unui proces tehnologic viabil prin care, încălzind particule infime de hidrogen, să se creeze cantităţi imense de energie.

Combustibilul e pe fundul mării

"Noi încercăm să recombinăm materia şi să obţinem energie pură", a declarat pentru "New Journal of Physics" dr John Collier, şeful programului de cercetări HiPER din cadrul Laboratoarelor Rutherford Appleton. "Această reacţie este identică celei care generează energia tuturor stelelor.

Scopul nostru este să dezvoltăm o tehnologie prin care ea poate fi controlată şi transformată în energie electrică. O singură centrală pe bază de fuziune nucleară poate scoate omenirea din criza energetică", a mai precizat el.

De unde provin deuteriul şi tritiul

Combustibilul folosit pentru fuziune este alcătuit din deuteriu şi tritiu, cei doi izotopi "grei" ai hidrogenului. Deuteriul este un izotop stabil, similar unui atom de hidrogen care are în plus un neutron. El se găseşte în mod natural în apa de pe fundul oceanelor (unde este presiune mare), amestecat printre atomii de hidrogen obişnuiţi. Proporţia uzuală este de un atom de deuteriu la 6.500 de atomi de hidrogen.

Tritiul este un izotop şi mai greu decât deuteriul, fiind alcătuit prin "înghesuirea" a doi neutroni împreună cu protonul şi electronul atomului de hidrogen. Tritiul este un izotop radioactiv care se obţine pe cale industrială, prin "bombardarea" cu neutroni a atomilor de litiu.

Din fiecare atom de litiu se obţine unul de heliu şi unul de tritiu. Consumul de energie necesar, deocamdată, pentru obţinerea tritiului reprezintă cam o pătrime din energia care se obţine apoi la fuzionarea dintre tritiu şi deuteriu.

Despre fuziunea nucleară

Fuziunea nucleară este o reacţie prin care două nuclee atomice "se unesc" şi formează un nou nucleu, mai mare

În timpul fuziunii rezultă cantităţi uriaşe de energie şi sunt eliberate particule subatomice. Pentru că nucleele care fuzionează sunt încărcate electric, reacţia de fuziune nucleară poate avea loc numai atunci când cele două nuclee au o energie suficientă pentru a învinge forţele de respingere electrică. Asta presupune fie temperaturi extrem de ridicate, fie accelerarea nucleelor. Fuziunea nucleară este sursa principală de energie în stelele active, precum Soarele

Laboratorul HiPER, lângă Oxford

Prin construirea noului laborator în Oxfordshire şi lansarea proiectului HiPER (High Power laser Energy Research = cercetarea energiei laserului de mare putere), omenirea se pregăteşte să experimenteze simultan cele două metode de a controla reacţia de fuziune: magnetică şi cu ajutorul laserului.

Fuziunea magnetică va fi testată în Franţa, în cadrul proiectului Iter, deja început. Ea presupune construirea unui accelerator de particule uriaş, care va oferi nucleelor suficientă energie cinetică pentru a învinge forţele electrostatice de respingere, forţând astfel fuziunea lor.

Fuziunea prin laser oferă energie prin creşterea punctuală a temperaturii până la o sută de milioane de grade Celsius şi aducerea celor două nuclee în stare plasmatică. La această temperatură deuteriul şi tritiul fuzionează.

Indiferent cum este controlată, magnetic sau prin laser, reacţia de fuziune produce instantaneu o cantitate imensă de energie, capabilă să întreţină singură noile fuziuni. Controlul maselor implicate în reacţie trebuie să fie însă foarte exact. Altfel, mica "bucată de Soare" va topi totul în jurul ei.

Cum s-au obţinut zece milioane de grade Celsius

Reacţia de fuziune, aşa cum are ea loc în centrul Soarelui, unde presiunea este colosală, necesită o temperatură de cel puţin 10 milioane de grade Celsius. Ca să o reproducem integral pe Pământ, unde presiunile sunt mult mai mici, am avea nevoie de o temperatură de 100 de milioane de grade Celsius. Noile cerinţe au dus la necesitatea proiectului HiPER.

O performanţă unică în lume

Experimentul reuşit, care a dat încredere atât cercetătorilor cât şi guvernanţilor care alocă banii, a obţinut doar a zecea parte din temperatura necesară. Totuşi, spun fizicienii, folosind aceeaşi tehnică şi un laser mai puternic, mărirea de zece ori a temperaturii este un obiectiv realist.

"Să nu credeţi că e uşor să obţii o temperatură de 10 milioane de grade Celsius", a spus profesorul Peter Norreys. În cadrul experimentului desfăşurat la Oxford, laserul Vulcan a concentrat o energie de un milion de miliarde de kilowaţi pe o suprafaţă cu un diametru mai mic de zece ori decât grosimea firului de păr.

Pulsul laserului a durat doar o trilionime de secundă (adică o secundă împărţită la un miliard, iar câtul obţinut - împărţit din nou la un milion). Explozia care s-a obţinut din fuziunea dintre deuteriu şi tritiu, deşi a avut loc la o temperatură de zece ori mai mică decât cea necesară în viitor, a generat totuşi o temperatură şi o presiune similare celor din timpul exploziei unei supernove.

Etapele reacţiei

Întreg experimentul a fost filmat cu o cameră extrem de rapidă. Iată care au fost etapele lui:

Laserul a încins până la 100.0000 C o capsulă în care se găseau câţiva atomi de tritiu şi deuteriu;

Capsula încinsă a devenit un punct auriu;

O nouă rază laser a fost proiectată chiar în punctul auriu, energia dezvoltată provocând eliberarea de electroni energizaţi;

Electronii au bombardat ei înşişi capsula, crescând în continuare temperatura acesteia până la nivelul de 10 milioane de grade;

Performanţa celor de la Oxford este prima de acest gen din lume.

Un laser rapid şi materiale noi

Cea mai mare provocare a proiectului HiPER este construirea unei instalaţii capabile să ofere un laser "rapid". Controlul reacţiei de fuziune se bazează exact pe capacitatea laserului de a "trage" pulsatoriu, cu un interval de timp cât mai mic între două "focuri" consecutive.

Deocamdată, cel mai rapid laser din lume are nevoie de câteva minute între două "trageri". Cum viteza necesară unei centrale nucleare bazată pe fuziune ar avea nevoie de un laser care să funcţioneze de mai multe ori într-o singură secundă, progresul pe care îl va face noua instalaţie este evident.

O altă problemă, nu mai puţin importantă, este alegerea unor materiale superrezistente şi impermeabile la radiaţii. Una dintre posibilităţi ar fi utilizarea celui inventat de Liviu Popa-Simil şi Claudiu Muntele, doi români, unul cercetător şi celălalt profesor, aflaţi în Statele Unite.

Ei au creat un material realizat din nanotuburi de carbon, capabil să absoarbă particulele cuantice emise de materialele radioactive. Acesta poate fi folosit, printre altele, şi ca scut de protecţie pentru reactoarele nucleare în care va avea loc fuziunea.