Fizicienii de la Oxford au reusit, pentru prima oara in lume, sa uneasca doua nuclee intr-unul singur, nu prin metodele clasice de accelerare magnetica a particulelor, ci prin ridicarea temperaturii de reactie pana la 10 milioane de grade Celsius.
Ca urmare a acestui succes, Marea Britanie a decis sa construiasca un nou laborator de fuziune nucleara unde, cu ajutorul unui superlaser, se vor produce temperaturi si presiuni echivalente celor din interiorul Soarelui.
Scopul acestor eforturi este realizarea unui proces tehnologic viabil prin care, incalzind particule infime de hidrogen, sa se creeze cantitati imense de energie. C
ombustibilul folosit pentru fuziune ar fi alcatuit din deuteriu si tritiu, cei doi izotopi „grei” ai hidrogenului. O singura centrala de acest gen ar putea scoate omenirea din criza energetica actuala.
Laserul Vulcan, realizat in laboratoarele de la Oxford, poate incinge particulele grele de hidrogen pana la 10 milioane de grade Celsius, determinandu-le sa fuzioneze
O energie de 100 de ori cat productia de electricitate a planetei a fost concentrata intr-un punct! Temperatura colosala a obligat doua molecule sa se uneasca.
De cand cercetatorii au descifrat tainele mecanismelor intime ale materiei, oamenii s-au gandit ca fuziunea nucleara ar putea deveni o sursa nelimitata de energie.
Reactia prin care doua nuclee atomice „se unesc” si formeaza un nou nucleu mai mare, numita fuziune, are insa nevoie de conditii speciale din punct de vedere tehnologic. Timp de ani de zile, punerea in practica a acestui vis s-a dovedit a fi imposibila.
Fizicienii de la Oxford au reusit acum, pentru prima oara in lume, sa uneasca doua nuclee intr-unul singur, nu prin metodele clasice de accelerare magnetica a particulelor, ci prin ridicarea temperaturii de reactie pana la 10 milioane de grade Celsius. Bazandu-se pe rapiditatea de actiune a unui viitor laser, cercetatorii spera sa poata controla reactia de fuziune fara ca ea sa se extinda.
Ca urmare a succeselor experimentale obtinute, Marea Britanie a decis sa construiasca un nou laborator de fuziune nucleara, unde, cu ajutorul laserului, se vor produce temperaturi si presiuni echivalente celor din interiorul Soarelui. Scopul acestor eforturi este realizarea unui proces tehnologic viabil prin care, incalzind particule infime de hidrogen, sa se creeze cantitati imense de energie.
Combustibilul e pe fundul marii
„Noi incercam sa recombinam materia si sa obtinem energie pura”, a declarat pentru „New Journal of Physics” dr John Collier, seful programului de cercetari HiPER din cadrul Laboratoarelor Rutherford Appleton. „Aceasta reactie este identica celei care genereaza energia tuturor stelelor.
Scopul nostru este sa dezvoltam o tehnologie prin care ea poate fi controlata si transformata in energie electrica. O singura centrala pe baza de fuziune nucleara poate scoate omenirea din criza energetica”, a mai precizat el.
Britanicii construiesc un laser de mare putere care va contribui decisiv la declansarea reactiilor de fuziune controlata. Acest tip de reactie are loc in interiorul Soarelui sau in orice alta stea din Univers
De unde provin deuteriul si tritiul
Combustibilul folosit pentru fuziune este alcatuit din deuteriu si tritiu, cei doi izotopi „grei” ai hidrogenului. Deuteriul este un izotop stabil, similar unui atom de hidrogen care are in plus un neutron. El se gaseste in mod natural in apa de pe fundul oceanelor (unde este presiune mare), amestecat printre atomii de hidrogen obisnuiti. Proportia uzuala este de un atom de deuteriu la 6.500 de atomi de hidrogen.
Tritiul este un izotop si mai greu decat deuteriul, fiind alcatuit prin „inghesuirea” a doi neutroni impreuna cu protonul si electronul atomului de hidrogen. Tritiul este un izotop radioactiv care se obtine pe cale industriala, prin „bombardarea” cu neutroni a atomilor de litiu.
Din fiecare atom de litiu se obtine unul de heliu si unul de tritiu. Consumul de energie necesar, deocamdata, pentru obtinerea tritiului reprezinta cam o patrime din energia care se obtine apoi la fuzionarea dintre tritiu si deuteriu.
Despre fuziunea nucleara
Fuziunea nucleara este o reactie prin care doua nuclee atomice „se unesc” si formeaza un nou nucleu, mai mare
In timpul fuziunii rezulta cantitati uriase de energie si sunt eliberate particule subatomice. Pentru ca nucleele care fuzioneaza sunt incarcate electric, reactia de fuziune nucleara poate avea loc numai atunci cand cele doua nuclee au o energie suficienta pentru a invinge fortele de respingere electrica. Asta presupune fie temperaturi extrem de ridicate, fie accelerarea nucleelor. Fuziunea nucleara este sursa principala de energie in stelele active, precum Soarele
„Recoltarea” deuteriului de pe fundul marii nu este o sarcina la indemana oricui
Laboratorul HiPER, langa Oxford
Prin construirea noului laborator in Oxfordshire si lansarea proiectului HiPER (High Power laser Energy Research = cercetarea energiei laserului de mare putere), omenirea se pregateste sa experimenteze simultan cele doua metode de a controla reactia de fuziune: magnetica si cu ajutorul laserului.
Fuziunea magnetica va fi testata in Franta, in cadrul proiectului Iter, deja inceput. Ea presupune construirea unui accelerator de particule urias, care va oferi nucleelor suficienta energie cinetica pentru a invinge fortele electrostatice de respingere, fortand astfel fuziunea lor.
Fuziunea prin laser ofera energie prin cresterea punctuala a temperaturii pana la o suta de milioane de grade Celsius si aducerea celor doua nuclee in stare plasmatica. La aceasta temperatura deuteriul si tritiul fuzioneaza.
Indiferent cum este controlata, magnetic sau prin laser, reactia de fuziune produce instantaneu o cantitate imensa de energie, capabila sa intretina singura noile fuziuni. Controlul maselor implicate in reactie trebuie sa fie insa foarte exact. Altfel, mica „bucata de Soare” va topi totul in jurul ei.
Cum s-au obtinut zece milioane de grade Celsius
Reactia de fuziune, asa cum are ea loc in centrul Soarelui, unde presiunea este colosala, necesita o temperatura de cel putin 10 milioane de grade Celsius. Ca sa o reproducem integral pe Pamant, unde presiunile sunt mult mai mici, am avea nevoie de o temperatura de 100 de milioane de grade Celsius. Noile cerinte au dus la necesitatea proiectului HiPER.
O performanta unica in lume
Experimentul reusit, care a dat incredere atat cercetatorilor cat si guvernantilor care aloca banii, a obtinut doar a zecea parte din temperatura necesara. Totusi, spun fizicienii, folosind aceeasi tehnica si un laser mai puternic, marirea de zece ori a temperaturii este un obiectiv realist.
„Sa nu credeti ca e usor sa obtii o temperatura de 10 milioane de grade Celsius”, a spus profesorul Peter Norreys. In cadrul experimentului desfasurat la Oxford, laserul Vulcan a concentrat o energie de un milion de miliarde de kilowati pe o suprafata cu un diametru mai mic de zece ori decat grosimea firului de par.
Pulsul laserului a durat doar o trilionime de secunda (adica o secunda impartita la un miliard, iar catul obtinut – impartit din nou la un milion). Explozia care s-a obtinut din fuziunea dintre deuteriu si tritiu, desi a avut loc la o temperatura de zece ori mai mica decat cea necesara in viitor, a generat totusi o temperatura si o presiune similare celor din timpul exploziei unei supernove.
Fuziunea magnetica va fi testata in Franta, intr-un reactor special construit in localitatea Cadarache, din sudul Frantei
Etapele reactiei
Intreg experimentul a fost filmat cu o camera extrem de rapida. Iata care au fost etapele lui:
Laserul a incins pana la 100.0000 C o capsula in care se gaseau cativa atomi de tritiu si deuteriu;
Capsula incinsa a devenit un punct auriu;
O noua raza laser a fost proiectata chiar in punctul auriu, energia dezvoltata provocand eliberarea de electroni energizati;
Electronii au bombardat ei insisi capsula, crescand in continuare temperatura acesteia pana la nivelul de 10 milioane de grade;
Performanta celor de la Oxford este prima de acest gen din lume.
Un laser rapid si materiale noi
Cea mai mare provocare a proiectului HiPER este construirea unei instalatii capabile sa ofere un laser „rapid”. Controlul reactiei de fuziune se bazeaza exact pe capacitatea laserului de a „trage” pulsatoriu, cu un interval de timp cat mai mic intre doua „focuri” consecutive.
Deocamdata, cel mai rapid laser din lume are nevoie de cateva minute intre doua „trageri”. Cum viteza necesara unei centrale nucleare bazata pe fuziune ar avea nevoie de un laser care sa functioneze de mai multe ori intr-o singura secunda, progresul pe care il va face noua instalatie este evident.
O alta problema, nu mai putin importanta, este alegerea unor materiale superrezistente si impermeabile la radiatii. Una dintre posibilitati ar fi utilizarea celui inventat de Liviu Popa-Simil si Claudiu Muntele, doi romani, unul cercetator si celalalt profesor, aflati in Statele Unite.
Ei au creat un material realizat din nanotuburi de carbon, capabil sa absoarba particulele cuantice emise de materialele radioactive. Acesta poate fi folosit, printre altele, si ca scut de protectie pentru reactoarele nucleare in care va avea loc fuziunea.
Sursa: Adevarul
