Primul reactor de fuziune nucleară ar putea fi inaugurat în 2025

Succesul înregistrat de cele mai recente teste în domeniu stimulează optimismul oamenilor de ştiinţă, care sunt aproape să obţină ceea ce este considerat de mulţi drept „Sfântul Graal” al energiei – tehnologia de a obţine energie din fuziunea atomilor de hidrogen, la fel ca în cazul Soarelui şi celorlalte stele.

De mai multe decenii, oameni de ştiinţă din diferite părţi ale lumii urmăresc cu încăpăţânare acest obiectiv ambiţios: construcţia unui reactor de fuziune nucleară, care să genereze energie în acelaşi mod în care o fac stelele. Încorporată în centrale energetice, această tehnologie de tip „stea în borcan” are capacitatea de a ne asigura, pentru totdeauna, energie infinită obţinută fără niciun fel de poluare.

Spre deosebire de un reactor nuclear tradiţional, de fisiune, care sparge nucleele atomice ale elementelor grele pentru a obţine energie, un reactor de fuziune funcţionează prin fuziunea nucleelor atomice ale elementelor uşoare şi transformarea lor în elemente mai grele. Atunci când masa atomilor elementelor rezultate din procesul de fuziune este mai mică decât masa atomilor introduşi în proces, diferenţa de masă este transformată în energie. În cazul stelelor, în primă fază, doi atomi de hidrogen fuzionează pentru a produce un atom de heliu, un proces care eliberează uriaşe cantităţi de energie şi nu produce niciun fel de poluare radioactivă ca în cazul fisiunii nucleare.

Mai mult decât atât, combustibilul folosit pentru reacţiile de fuziune nucleară este hidrogenul, cel mai abundent element chimic din Univers şi care poate fi extras foarte uşor din apă.

Însă, pentru a iniţia şi a menţine reacţia de fuziune, este nevoie de cantităţi enorme de energie. Reacţia de fuziune se produce la temperaturi de cel puţin 100 de milioane de grade Celsius.

„Noi toţi ne-am implicat în această cercetare pentru că încercăm să rezolvăm o problemă globală foarte serioasă”, a declarat unul dintre autorii noului studiu, Martin Greenwald, specialist în fizica plasmei de la Institutul Tehnologic din Massachusetts (MIT) şi coordonator ştiinţific pentru construcţia unui reactor de fuziune nucleară fezabil din punct de vedere economic. „Ne dorim să avem un impact asupra societăţii. Avem nevoie de o soluţie împotriva încălzirii globale – în caz contrar, civilizaţia ar putea avea probleme. Construcţia unui reactor de fuziune ar putea fi răspunsul la toate aceste probleme”, a susţinut el.

Majoritatea reactoarelor experimentale de fuziune nucleară sunt construite în formă de „gogoaşă”, după conceptul de origine rusă denumit „tokamak”. Acest concept foloseşte câmpuri magnetice foarte puternice pentru a izola norul de plasmă (gaze ionizate) la temperaturi extreme pentru un timp suficient de îndelungat, încât atomii să înceapă procesele de fuziune. Noul dispozitiv experimental, denumit reactor SPARC (Soonest/Smallest Private-Funded Affordable Robust Compact), este construit la MIT cu ajutorul unei companii private, Commonwealth Fusion Systems.

Dacă va avea succes, SPARC ar deveni primul dispozitiv capabil să obţină o „plasmă ardentă” – căldura rezultată de la toate reacţiile de fuziune produse are rolul de a menţine procesul de fuziune fără a fi nevoie de a mai introduce energie în sistem. Deocamdată însă, nimeni nu a reuşit să menţină sub control şi să exploateze puterea „plasmei ardente” în cadrul unor reacţii controlate şi este nevoie de mai multe cercetări în domeniu până la darea în funcţiune a unui astfel de reactor.

Proiectul SPARC, care a fost lansat în 2018, urmează să intre în faza de construcţie a reactorului de fuziune în cursul lunii iunie a anului viitor şi ar putea deveni operaţional din 2025. Acest proiect este mult mai rapid decât cel mai mare proiect de fuziune nucleară aflat în derulare în prezent, cunoscut drept proiectul International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), ce a fost conceput în 1985 şi a fost lansat în 2008. Construcţia reactorului de fuziune nucleară ITER a început în 2013, dar specialiştii nu se aşteaptă să poată obţine energie din fuziune nucleară înainte de orizontul anului 2035.

Unul dintre avantajele pe care reactorul SPARC ar putea să-l aibă asupra reactorului ITER este acela că magneţii ce vor fi folosiţi în sistemul SPARC sunt concepuţi pentru a izola plasma. Reactorul SPARC va folosi aşa-numiţi magneţi superconductori de temperaturi înalte, magneţi care au devenit disponibili comercial abia în ultimii cinci ani, cu mult după ce oamenii de ştiinţă au creat deja conceptul reactorului ITER. Aceşti noi magneţi pot produce câmpuri magnetice cu mult mai puternice decât câmpul magnetic din cadrul reactorului ITER, care poate atinge un maxim de 12 tesla (pentru comparaţie, câmpul magnetic terestru variază ca putere între 30 de milionimi şi 60 de milionimi dintr-un tesla.

Folosirea unor magneţi atât de puternici ar putea permite ca nucleul reactorului de fuziune SPARC să fie de aproximativ trei ori mai mic în diametru şi de 60 până la 70 de ori mai mic ca volum decât nucleul reactorului ITER – care a fost anunţat că va avea diametrul de şase metri. „Această reducere importantă a dimensiunilor este însoţită de o reducere a greutăţii şi a costurilor. Reactorul SPARC înseamnă o schimbare de paradigmă”, conform profesorului Greenwald.

În cele şapte noi studii, cercetătorii au verificat prin calcule şi simulări computerizate designul reactorului de fuziune SPARC. Conform acestor studii, SPARC va genera cel puţin de două ori mai multă energie (sau în cel mai bun caz de 10 ori mai multă energie) decât cea introdusă în sistem pentru a declanşa reacţiile de fuziune nucleară.

Căldura rezultată din reacţiile de fuziune este folosită pentru a genera aburi. Aceşti aburi sunt folosiţi apoi pentru a acţiona o turbină electrică şi un generator electric, proces identic cu cel folosit în prezent pentru a obţine energie electrică.

„Centralele nucleare de fuziune ar putea înlocui centralele energetice care funcţionează cu combustibili fosili şi au avantajul că nu necesită restructurarea reţelelor electrice pentru ca energia produsă prin fuziune să ajungă la consumatori”, spre deosebire de energia din surse regenerabile, aşa cum este energia solară sau cea eoliană, care nu se potriveşte foarte bine actualului design al reţelelor electrice, conform lui Greenwald,.

Cercetătorii speră ca viitoarele centrale de fuziune nucleară inspirate de modelul SPARC să poată genera între 250 şi 1000 megawaţi de electricitate. „Pe piaţa actuală a energiei din Statele Unite, centralele energetice generează de obicei între 100 şi 500 de megawaţi”, conform cercetătorului de la MIT.

Proiectul SPARC va produce doar căldură din fuziunea nucleară, nu şi electricitate. Însă, odată ce reactorul de fuziune SPARC va fi construit şi testat, MIT va da undă verde şi proiectului reactorului ARC (Affordable Robust Compact), ce va transforma căldura rezultată din procesul de fuziune în energie electrică.