Oamenii de ştiinţă din SUA au reuşit să creeze mai multă energie prin fuziune nucleară decât s-a consumat, fără un reactor tokamak, iar acum California are prima lege din lume dedicată ei

De peste 60 de ani fuziunea nucleară fascinează oamenii de ştiinţă, fiind considerată acel vârf tehnologic care ar permite omenirii să producă energie din abundenţă, într-un mod absolut sigur, fără riscul radiaţiilor şi al avariilor, fără emisii CO2 şi fără deşeuri radioactive. Zeci de reactoare de studii au fost construite în lume, zeci de echipe în mai multe generaţii au lucrat la studierea acestei tehnologii, dar nimeni până acum nu reuşise să creeze un proces suficient de lung şi stabil de fuziune nucleară, încât acestea să producă mai multă energie decât totalul energiei consumate pentru a o declanşa şi susţine. Ei bine, acel moment istoric a fost anunţat la finalul anului trecut în SUA, iar, aşa cum se întâmplă în lumea oamenilor de ştiinţă, orice asemenea realizare e urmată de luni de zile de verificări de calcule şi dovezi din partea oricăror alte echipe internaţionale. Şi aceste calcule au demonstrat că marele moment a avut loc cu adevărat — oamenii de ştiinţă de la laboratorul Lawrence Livermore din California, SUA, au reuşit cu adevărat să creeze prin fuziune mai multă energie decât au consumat, iar în urma acestei confirmări acum, în octombrie, în California a fost votată prima lege din lume dedicată fuziunii nucleare, punând astfel bazele legale ale acestei noi ramuri de industrie! Practic, asistăm la momentul când California devine pionerul mondial al fuziunii nucleare, şi când fuziunea nucleară trece deja de la pură cercetare la scalare şi pregătirea de producţie a primelor reactoare comerciale.

E nevoie de un pic de explicaţi clare şi simple aici, bineînţeles. Fuziunea nucleară este, de fapt, un proces invers al fisiunii nucleare, folosite de zeci de ani în reactoarele centralelor nucleare. Fisiunea, pe care omenirea o stăpâneşte deja, se bazează pe ideea că nucleele atomilor grei sunt loviţi cu forţă şi dezintegraţi în mai multe nuclee mai mici eliberând radiaţii şi energie termică în cantităţi uriaşe în acest proces. Aşa funcţionează centralele nucleare actuale, iar radiaţiile rămase şi stocate ajung deşeuri radioactive, care trebuie ulterior stocate timp îndelungat. Iar dacă reactorul suferă o avare, orice scurgere înseamnă scurgere de radiaţii. La fuziune, însă, două nuclee atomice interacţionează la temperatură foarte mare şi fuzionează, formând un nucleu mai uşor decât suma anterioară a celor două, iar diferenţa de masă se transformă în energie sub formă de căldură şi lumină. Însă lipseşte total eliberarea de radiaţii. Pe bază de fuziune funcţionează stele, inclusiv soarele nostru.

Oamenii au creat încă în anii 1950 aşa numitele reactoare toroidale, sau tokamak-uri, cu ideea de a genera reacţia de fuziune nucleară în ele şi a o ţine sub control. Marea problemă a că fuziunea are nevoie de temperatură foarte mare ca să aibă loc, de circa 100 milioane de grade Celsius, ba chiar reacţia e mai productivă la 150 milioane. Deci e nevoie de cantităţi uriaşe de energie pentru a asigura temperatura necesară, dar oamenii de ştiinţă au reuşit demult să creeze aceste temperaturi şi să creeze reacţii de fuziune, confirmând crearea de energie. Ceea ce n-au reuşit ei până de curând e să ţină aceste reacţii sub control suficient de mult, pe de o parte, recordul de durată aparţinând Chinei şi fiind înregistrat în anul 2022, reacţia durând atunci 17 minute şi 36 secunde. Şi, cel mai important, încă nimeni nu reuşise să demonstreze clar că a putut produce într-o asemenea reacţie de fuziune mai multă energie decât a consumat pentru generarea căldurii necesare şi pentru menţinerea căldurii ulterioare. Cel mai bun raport înainte de reacţia chineză era de 24 MWh consumaţi de un reactor tokamak şi 16 MWh produşi. Chinezii nu au mai anunţat parametrii exacţi, semn că nici eu nu reuşiseră să producă mai mult decât au consumat.

Foto: Reactorul tokamak din China, care a stabilit recordul din 2022

La începutul lunii octombrie, scriam într-un articol că o echipă de fizicieni din SUA a descoperit cheia către stabilizare reactoarelor tokamak, prin unde Alfven, care să creeze un soi de vârtej în interiorul reactorului şi să asigure stabilitatea reacţiei. Dar iată că între timp s-a confirmat viabilitatea unei căi mult mai simple de producţie a reacţii de fuziune, fără un reactor tokamak, atinsă la laboratorul Lawrence Livermore din California.

Reacţia a fost atinsă cu o construcţie cilindrică minusculă, care are 192 de lasere, la ambele capete. Iar în mijlocul construcţiei e o capsulă sferică. Cele 192 de lasere, câte 96 de fiecare parte, şi-au trimis razele spre peretele interior al cilindrului. A fost creat astfel un scut, care şi-a reflectat energia spre capsula sferică din interior. În interiorul capsulei era înmagazinat combustibilul acestui reactor — deuteriu şi tritiu — ambii fiind izotopi grei ai hidrogenului, relativ uşor de produs din materiale abundente din natură. Atunci când razele laser s-au concentrat pe capsula sferică, combustibilul a fost comprimat şi s-a declanşat reacţia de fuziune. Spre deosebire de alte încercări anterioare, acest combustibil a putut sta suficient de concentrat şi stabil, încât să producă o fuziune cu un plus net de energie. La scara foarte mică a experimentului, s-au consumat 2 MJ de energie pentru acele lasere (0,555 kWh) şi s-au produs 3 MJ, deci 0,83 kWh. Toate astea s-au produs într-un interval de timp mai mic decât îi ia luminii să călătorească 30 cm.

Stephen Moyle, unul din membrii echipei care a făcut descoperirea, ţine în mână o componentă din tubul cu lasere, pentru a demonstra scara mică a acestui „reactor”

Asta înseamnă că acea reacţie la scară mică a produs de 1,5 ori mai multă energie decât a consumat, iar asta s-a întâmplat datorită inteligenţei artificiale şi a capacităţii acesteia de a învăţa cum să focuseze mai eficient razele laser, spun oamenii de ştiinţă. Deci iată şi primul beneficiu major al AI-ului. Iar dacă ar fi să facem un calcul foarte aproximativ de putere, generată de acea reacţie dintr-o sferă cu diametrul mai mic de un centimetru, ieşim la cifre fascinante. Energia crată în plus constituie 0,278 kWh, generată într-un timp de 0,0000000010007 secunde. Într-o oră există 3.597.481.762.726 de asemenea fracţiuni de timp, iar asta ar însemna că într-o oră, această reacţie ar produce o cantitate de 1.000.099.930.048 de kWh, la această scară mică. Cifra asta de kWh înseamnă 1.000.099.930 MWh, sau 1.000.100 GWh sau 1.000 TWh, produşi într-o oră! Deci, efectiv o putere de 1 TW!

Foto: Aşa arată construcţia sofisticată de la laboratorul Lawrence Livermore, unde a avut loc experiemntul cu succes

România foloseşte anual 50 TWh de electricitate, Moldova foloseşte 4,2 TWh. Sunt cifre atât de incredibile, care încă pot avea o marjă imensă de eroare, dar chiar dacă ar fi de 1.000 de ori mai mici, la o scară mai mare, oricum ar fi o sursă excepţional de abundentă de energie, în care fiecare ţară ar putea să-şi producă absolut toată electricitatea sa necesară cu costuri minime, fără CO2, fără emisii de alt fel, fără risc de radiaţii, fără deşeuri. Asta ar însemna un viitor în care omenirea are energie atât pentru toate lucrurile esenţiale, de la industrie, transport, încălzire, climatizare, desalinizare şi orice altceva, cât şi pentru orice părea neviabil până acum din cauza consumului mare de energie.

Sună aproape ca un science-fiction şi mult timp aşa au părut aceste lucruri, şi doar câteva zeci de echipe din diverse părţi ale lumii credeau că vă lumina de la capătul tunelului. Şi abia acum s-a reuşit atingerea acestui punct de generare netă ne energie, cu un coeficient sustenabil, iar toate aceste cifre au fost verificat şi confirmate. Şi pentru că au fost confirmate, dar şi pentru că înţeleg impactul absolut uriaş pe care-l va avea acest moment pentru omenire, autorităţile din California au votat prima lege de fuziune din lume acum, în octombrie 2023. În ea se dau definiţiile legale, se eliberează de toate riscurile şi restricţiile specifice fisiunii din reactoarele clasice, şi se stimulează inovarea de mai departe de a crea reactoarele mari, pentru centralele viitorului.

De aici încolo, urmează această scalare şi pregătirea acestor reactoare. Legea nouă nu limitează, însă, fuziunea doar la metoda obţinută în laborator, ci lasă loc pentru orice altă soluţie alternativă, pentru că mai sunt câteva ce par a fi pe ultima sută de metri. Cert e că datorită acestei legi, California tocmai a devenit acum un nou Sillicon Valley, doar că de această dată nu a tehnologiei informaţiei, ci a tehnologiei energiei prin fuziune nucleară. S-ar putea să mai dureze 10 ani sau poate 20 de ani până vom vedea inaugurări după inaugurări de reactoare de acest fel. Dar ar fi bine să ţinem minte aceste momente, pentru că ele pun acum bazele unui noi epoci!