Fuziunea nucleară – Ce este, de ce este un proces complicat și ce vor oamenii să obțină în laborator

Stelele sunt reactoarele de fuziune ale naturii și în interiorul lor se petrec fuziuni repetate, la temperaturi uriașe. În fuziunea nucleară din cercetările de laborator oamenii își pun mari speranțe, pentru producerea energiei în viitor, iar americanii vor anunța marți o descoperire de amploare pe subiect. Dar ce este fuziunea nucleară, de ce este așa de complicată și care este „Sfântul Graal”, când este vorba despre energia viitorului.

Ce este fuziunea nucleară și cum diferă de fisiune

Stelele sunt reactoarele de fuziune ale naturii, iar un fizician german pe nume Hans Bethe a descris în 1939 cum strălucesc acestea prin convertirea nucleelor de hidrogen, în nuclee de heliu, în transfer fiind implicate și alte particule. În interiorul stelelor, elementele mai grele sunt construite treptat, în pași, prin fuziuni repetate, ca după o rețetă. Nuclee din ce în ce mai mari sunt construite printr-o succesiune de arderi, mai întâi hidrogen, apoi heliu, apoi alte elemente mai ușoare decât fierul și, la urmă, elemente mai grele decât fierul.

Fuziunea nucleară este procesul prin care două nuclee atomice reacționează pentru a forma un nou nucleu, mai greu (cu masă mai ridicată) decât nucleele inițiale. Ca urmare a fuziunii se produc și alte particule subatomice. Prin fuziune, nucleele unor atomi ușori se combină pentru a forma unele mai grele.

Dacă sunt presate suficient de puternic, nucleele de hidrogen se pot combina ca să formeze heliul, iar în acest proces se eliberează multă energie.

Fuziunea nucleară este considerată de cei care o susțin ca fiind „energia viitorului”, fiindcă produce puține deșeuri și zero gaz cu efect de seră.

Fuziunea este diferită de fisiune, care este o reacție nucleară ce are drept efect ruperea nucleului în două fragmente de masă aproximativ egală, neutroni rapizi, radiații și energie termică.

Fuziunea este procesul invers: se combină două nuclee atomice ușoare pentru a crea unul greu. Din doi izotopi (variante atonice) de hidrogen rezultă heliu, iar acest proces se produce și în stele, inclusiv în Soarele nostru.

De ce este fuziunea nucleară așa de complicată

Fuzionarea, chiar și a celor mai ușoare nuclee, este extrem de dificilă, fiindcă este nevoie de temperaturi super-ridicate și de presiune enormă, așa că fuziunea se produce în mod natural doar în locurile extreme cum ar fi Soarele și alte stele.

Ei bine, fizicienii încearcă să reproducă aceste condiții extreme în reactoarele de fuziune, ca să producă energie. Mai este însă mult de lucru, fiindcă și cele mai avansate dispozitive consumă mai multă energie decât produc.

Reactoarele de fuziune sunt prezentate ce fiind un „Sfânt Graal” al producerii de energie, deoarece reacțiile de fuziune sunt foarte puțin poluante și, dacă ar fi să funcționeze, ar fi foarte eficiente. Ar fi nevoie de foarte puțini atomi pentru producerea de cantități uriașe de energie și a rezulta foarte puține deșeuri și în niciun caz ceva atât de periculos cum sunt elementele ultragrele ce rămân din reactoarele de fisiune.

Obținerea energiei electrice din fuziune nu produce nici gaze de seră și promite o sursă de energie regenerabilă, de încredere, cu condiția să poată fi fabricat combustibilul reacției, hidrogenul și deuteriul.

Date fiind temperaturile foarte înalte implicate, principala dificultate este controlul gazelor extrem de fierbinți

Câteva date cheie în istoria fuziunii nucleare

1920: Eddington aplică stelelor ideea de fuziune

1932: Fuziunea hidrogenului este demonstrată în laborator

1939: Hans Bethe descrie procesele de fuziunea stelară

1946/1954: Fred Hoyle explică producerea elementelor mai grele

1957: Patru fizicienii publică o lucrare faimoasă despre nucleosinteză

O descoperire ieșită din comun

Departamentul american al Energiei (Department of Energy) va anunța marți „o descoperire ştiinţifică majoră” în domeniul fuziunii nucleare, au scris publicații precum Financial Times și AFP.

Practic, laboratorul Lawrence Livermore National Laboratory de lângă San Francisco a obţinut recent „un câştig net de energie” la un reactor experimental cu fuziune nucleară. Ar fi pentru prima dată când cercetătorii reuşesc să producă mai multă energie într-o reacţie de fuziune nucleară, decât cantitatea de energie consumată în cursul acestui proces, ceea ce ar reprezenta o descoperire importantă în domeniul cercetărilor care privesc obţinerea unei surse de energie nepoluante.

Reacţia de fuziune care a produs un câştig net de energie de 20% s-a produs în decursul ultimelor două săptămâni, a scris FT, citând trei persoane care au cunoştinţă despre rezultatele preliminare ale experimentului.

„Ignition” este numit momentul în care energia produsă o depășește pe cea utilizată pentru a provoca reacția. La asta se lucrează de câteva decenii, investiții fiind făcute în acest sens nu doar în SUA, ci și în Rusia și Europa de Vest.

Va mai trece mult timp până când astfel de reacții „cu câștig net de energie” vor fi ușor de obținut în număr mare, fiindcă investițiile în echipamente vor necesita sume uriașe și multe probleme tehnice sunt de depășit.

Instalaţiile de la LLNL sunt compuse din aproape 200 de lasere de mărimea a trei terenuri de fotbal, care ţintesc un punct minuscul, spre care trimit niveluri înalte de energie, pentru a iniţia o reacţie de fuziune.

Pentru o parte din conținutul acestui articol am folosit informații din cartea „50 de idei pe care trebuie să le cunoști – Fizică”, scrisă de Joanne Baker.

Sursa foto: Dreamstime.com