​Science News: Un uriaș experiment din Regatul Unit a obținut mult dorita „primă plasmă”

După o dezvoltare lungă de șapte ani, un reactor de fuziune experimental din Regatul Unit (UK) a fost pornit cu succes în premieră, obținând „prima plasmă”: confirmarea că toate componentele funcționează laolaltă pentru a încinge hidrogenul gazos în starea de plasmă a materiei.

Această tranziție – obținută la sfârșitul lui octombrie de o instalație numită MAST Upgrade din Culham, Oxfordshire – este ingredientul principal al unui reactor nuclear de fuziune funcțional, un vis pe care savanții vor de decenii să-l materializeze.

În fuziunea nucleară, nucleele a două elemente mai ușoare fuzionează într-un nucleu mai greu și eliberează energie. Este fenomenul care are loc în inima Soarelui și dacă am putea reproduce și menține aceleași reacții pe Pământ la o scară suficientă am fi recompensați cu energie curată și nelimitată, fără emisii de carbon.

Concept artistic al MAST Upgrade tokamak (CCFE-UKAEA)

Nu înseamnă că am și ajuns acolo, dar finalizarea și primul test funcțional al MAST Upgrade este o bornă de parcurs semnificativă a procesului. Instalația originală MAST (Mega Amp Spherical Tokamak) a funcționat din 1999 până în 2013, iar succesorul este în lucru de atunci, așa că este o confirmare importantă a conceptului.

„Vrem ca UK să fie un lider mondial în energia prin fuziune și să capitalizeze potențialul ei uimitor de sursă curată de energie care ar putea dura sute de ani”, a declarat Amanda Solloway, ministrul științei din UK. „Alimentarea dispozitivului MAST este un moment de reper în acest experiment național de fuziune și ne duce cu un pas mai aproape de obiectivul de a construi prima centrală energetică de fuziune din UK până în 2040”.

Un reactor nuclear are nevoie de anumite dispozitive pentru a controla reacțiile care au loc în plasmă. Tokamakurile – dispozitive circulare care utilizează câmpuri magnetice pentru a găzdui plasma creată de reacția de fuziune – sunt soluțiile cele mai bune pentru asemenea dispozitive. Mult timp, tokamakurile au avut o configurație geometrică de tor, dar noile dispozitive ca MAST Upgrade sunt exemple de design sferic mai avansat, așteptat să ofere multiple beneficii în termeni de eficiență și performanță.

MAST Upgrade, care este operat de Culham Centre for Fusion Energy (CCFE), parte din UK Atomic Energy Authority (UKAEA), are nevoie și el de aceleași avantaje. Devenit operațional, experimentul de fuziune are probleme cam mari de rezolvat în următorii ani.

Prima și cea mai importantă este evacuarea căldurii. Reactoarele de fuziune creează cantități incredibile de căldură, care pot dăuna componentelor reactorului. Pentru a rezolva această problemă, MAST Upgrade va pune la încercare un nou sistem de exhaustare numit „Super-X divertor”, proiectat să reducă căldura și sarcinile energetice ale particulelor care pleacă din plasmă.

Dacă divertorul va avea succes, va putea oferi o reducere de 10 ori în comparație cu posibilitățile actuale, ceea ce ar putea fi suficient pentru a face reactoarele de fuziune o tehnologie rentabilă pentru viitoarele centrale enrgetice pe fuziune.

Este un mare „dacă”, dar totul este mare când este vorba de reactoare de fuziune, iar MAST Upgrade – în ciuda faptului că a durat șapte ani ca să fie construit – este doar o mică piesă în puzzle. Dispozitivul este de fapt o fază de testare pentru un proiect și mai mare, Spherical Tokamak for Energy Production, care va fi primul prototip de centrală pe fuziune din UK cu finalizare așteptată în 20040.

Între timp, tot ce pot învăța cercetătorii de la MAST Upgrade va fi utilizat într-o altă tentativă de proporții: cel mai mare experiment de fuziune din lume, numit International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER).

ITER este asamblat în prezent în sudul Franței, cu participarea a mii de oameni de știință din 30 de țări. Este planificat de ani buni și este cam cu cinci ani în urma programului, dar când proiectul va fi finalizat (cu costuri estimate la 65 de miliarde USD) ITER va fi cea mai bună exemplificare a faptului că fuziunea nucleară poate fi stăpânită de mâini omenești.

Poate că acel moment este la distanță de ani, dar MAST Upgrade este un pas mare pe acel drum.

„ITER este următoarea generație de dispozitive de fuziune”, explică Andrew Thornton, fizician la CCFE. „MAST Upgrade va contribui prin furnizarea de date experimentale obținute aici pentru a stabili cum trebuie utilizată instalația în viitor”. (Science Alert)