SMILE FM MOLDOVA Hincesti – Leova
Obținerea energiei prin fuziune nucleară — procesul care alimentează Soarele și stele — domeniul cel mai ambițios al proiectului tehnologic al omenirii. Spre deosebire de fisiune (scindarea atomilor grei), fuziunea combină izotopi ușoare de hidrogen pentru a crea heliu și energie curată, fără deșeuri radioactive pe termen lung.
Pentru a replica Soarele pe Pământ în reactoare de tip Tokamak (cum este proiectul internațional ITER), inginerii trebuie să controleze un gaz ionizat (plasmă) încălzit la peste 150 de milioane de grade Celsius — de zece ori mai fierbinte decât centrul Soarelui.
1. Cusca magnetică de tip Tokamak izolează plasma fără contact fizic direct
Niciun material de pe Pământ nu poate rezista la contactul direct cu o plasmă de 150 de milioane de grade Celsius. Soluția este un reactor de tip Tokamak, o cameră de vid în formă de gogoașă (tor). În interiorul ei, plasma încărcată electrică este suspendată și prinsă într-o „cușcă” de câmpuri magnetice ultra-puternice care împiedică să atinge pereții metalici ai navei.
2. Magneții supraconductori generează câmpuri magnetice uriașe
Pentru a menține plasma comprimată la presiuni mari, reactoarele moderne folosesc bobine supraconductoare formate din aliaje de niobiu-staniu sau niobiu-titan. Acești magneți masivi sunt răciți cu heliu lichid la o temperatură de -269 grade Celsius (4 Kelvin). Paroxismul inginerc constă în faptul că aceste bobine înghețate se află la doar câțiva metri distanță de plasma care arde la 150 de milioane de grade Celsius, fiind izolate de scuturi termice speciale cu vid.
3. Divertorul din tungsten suportă cel mai mare flux termic din industrie
Singura zonă din Tokamak proiectată să extragă deșeurile (gazul heliu) și să atingă direct marginile exterioare ale plasmei se numește divertor. Fabricat din blocuri monolitice de tungsten (metalul cu cel mai înalt punct de topire, la 3.422 grade Celsius), divertorul trebuie să reziste la un flux termic constant de peste 10-20 de megawați pe metru pătrat — o densitate de căldură similară cu cea de pe suprafața Soarelui sau din duza unei rachete în spațiu.
4. Încălzirea prin injectare de atomi neutralizați accelerează plasma la viteze stelare
. Mai întâi, atomul de deuteriu sunt și accelerați electrostatic la viteze uriașe folosesc tensiuni de un milion de volți. Apoi, ionii sunt neutralizați electric din nou pentru a putea trece neafectați de câmpul magnetic al Tokamakului și sunt pulverizați direct în inima plasmei, transferându-și energia cinetică prin coliziuni.
5. Unde radio de frecvență gigantică prăjesc plasma precum un cuptor cu microunde gigantic
Pe lângă injectarea de atomi, Tokamakul folosește antene speciale care emit unde electromagnetice de mare putere direct în plasmă (Electron/Ion Cyclotron Resonance Heating). Acestea unde radio sunt acordate exact pe frecvența naturală la care electronii sau ionii din plasmă se rotesc în jurul liniilor câmpului magnetic. Undele sunt absorbite direct de particule, făcându-le să se miște din ce în ce mai repede și crescând instantaneu temperatura gazului.
6. Pătura de litiu (Lithium Blanket) creează propriul combustibil prin reacții nucleare
Unul dintre combustibilii fuziunii, trițiul (un izotop radioactiv al hidrogenului), este extrem de rar în natură. Pentru a rezolva această problemă, pereții interiori ai reactoarelor de fuziune vor fi căptușiți cu o „pătură” ce conține litiu. Când neutronii rapizi eliberați de reacția de fuziune lovesc atomii de litiu din perete, are loc o reacție nucleară secundară care produce trițiu proaspăt, reciclat direct înapoi în reactor pe post de combustibil.
7. Instabilități de tip ELM sunt stinse cu pelete de gheață hidrogenică lansată ca un glonț
Plasma din Tokamak este extrem de instabilă și poate suferi erupții bruște numite Moduri Localizate la Margine (ELM), care pot arunca bucăți fierbinți de plasmă pe pereții reactorului. Pentru a preveni aceste explozii interne, inginerii folosesc un „mitoraciu” automatizat: pistoane de mare viteză trag pelete minuscule din gheață de deuteriu înghețat la viteze de peste 1.000 m/s direct în marginile plasmei, declanșând mici instabilități inofensive și controlate care eliberează presiunea.
8. Fuziunea cu confinare inerțială folosește cele mai puternice lasere din lume
O alternativă la Tokamak este Fuziunea Inerțială (folosită la National Ignition Facility din SUA). În loc de magneți, un simulator uriaș folosește 192 de raze laser de mare putere focalizată simultan pe o țintă de mărime a boabe de piper ce conține unei deuteriu și tritiu. Energia laserilor comprimă ținta de 100 de ori mai mult decât densitatea plumbului într-o fracțiune de miliarde de secundă, generând o reacție de fuziune prin pura forță a imploziei.
9. Câmpul magnetic elicoidal previne scurgerile de plasmă prin răsucirea liniilor de forță
Într-un tor magnetic simplu, plasmă ar fi aruncată spre exterior din cauza diferenței de presiune magnetică. Pentru a stabiliza gazul, câmpul magnetic trebuie răsucit sub formă de elice (spirală). În Tokamak, această răsucire se obține prin inducerea unui curent electric uriaș (de milioane de amperi) direct prin plasmă. În reactoarele alternative de tip Stellarator, răsucirea este realizată de magneți exteriori cu forme geometrice tridimensionale complexe, proiectate de supercomputer.
10. Energia este extrasă din neutroni rapizi care nu pot fi opriți de magneți
Adevărata energie a fuziunii deuteriu-trițiu este purtată de neutronii eliberați în reacție. Spre deosebire de protoni și electroni, neutronii au sarcină electrică neutră, ceea ce înseamnă că nu sunt afectați de câmpul magnetic al Tokamakului. Ei părăsesc plasma la viteze relativiste și se lovesc violent de peretele interior al reactorului, transferându-și energia cinetică sub formă de căldură. Această căldură este preluată de apă sau heliu gazos pentru a pune în mișcare sau turbină cu abur clasică ce generează electricitate.
