O echipă de ingineri din SUA lucrează la primul motor cu fuziune nucleară, care ar putea propulsa o navă spaţială spre Marte în doar 2 luni

În ultimul timp am vorbit de mai multe ori despre evoluţii majore în fuziunea nucleară, care s-au produs pe parcursul ultimilor doi ani. Aproape unanim, oamenii de ştiinţă din toate părţile lumii sunt convinşi că ne desparte foarte puţin de momentul când omenirea va putea controla şi gestiona procesul de fuziune nucleară, astfel încât să putem face uz de toate beneficiile lui imense. Acum, însă, aflăm că o echipă de ingineri din SUA lucrează nu doar la reactoare cu fuziune nucleară sau la procese similare prin care să producă electricitate din fuziune nucleară, ci la primul motor aerospaţial cu fuziune nucleară, care ar fi atât de puternic şi de eficient, încât ar putea propulsa o rachetă spre Marte în doar 2 luni!

Foto: Noul motor cu fuziune nucleară pe o navă spaţială

Orice articol la subiectul fuziunii nucleare are nevoie de o scurtă clarificare şi reamintire că fuziunea nucleară e total diferită de fisiunea nucleară, care e folosită de multe decenii încoace la reactoarele nucleare de la centrale, dar şi în motoare de submarine sau nave, care au la bază acelaşi concept de reactor. La fisiune — proces pe care omenirea îl stăpâneşte deja de decenii bune încoace — atomii grei, de materiale precum uraniul, sunt disipaţi în alţii mai mici şi mai uşori, iar diferenţa de masă e emanată sub formă de energie şi radiaţie. De aceea, avem material radioactiv ca şi combustibil primar, iar la final obţinem deşeuri radioactive care trebuie stocate undeva pe perioadă lungă de timp. La fisiune are loc un proces invers, prin care doi atomi sunt contopiţi într-unul singur, a cărui masă finală e mai mică decât suma celor doi iniţiali, iar diferenţa e emanată în energie. De obicei sunt implicate substanţe precum hidrogenul şi heliul, exact ca şi în soarele care ne furnizează căldură şi lumină, şi nu există reziduuri radioactive. Doar că reacţia de fuziune are nevoie de minim 150 milioane de grade Celsius pentru a se produce, iar experimentele de până acum au arătat că ea e mai stabilă pe la 200 milioane de grade Celsius.

Respectiv, declanşarea acestei reacţii are nevoie de o cantitate mare de energie iniţială, iar menţinerea sub control a reacţiei e o sarcină dificilă. Procesul e cunoscut din anii 50 ai secolului trecut, pentru asta inventându-se şi reactoarele toroidale, numite şi tokamak, doar că întotdeauna se reuşea o reacţie maxim de câteva secunde, şi de obicei asta nu era suficient pentru a ajunge la producţia de mai multă energie decât cea consumată pentru declanşarea reacţie. Însă teoria arată clar că o reacţie stabilă va genera mult mai multă energie decât se consumă.

Foto: Construcţia unui reactor toroidal, tokamak, pentru fuziune nucleară

În 2022, cercetătorii chinezi au realizat o reacţie record ca durată, de 17 minute şi 36 secunde. De aici s-a început avalanşa de evoluţii şi realizări. În această toamnă un grup de cercetători americani au găsit o metodă nouă cu unde Alfven de a stăpâni reacţia de fuziune nucleară în mod natural, doar prin geometria corectă şi direcţionarea undelor în procesul de reacţie, astfel încât ele să constituie o limitare spaţială a reacţiei. Şi, cel mai important, fizicienii de Lawrence Livermore din California, SUA, au reuşit să creeze o reacţie de fuziune într-un cilindru cu fascicule concentrate de laser, pentru care au demonstrat că au produs mai multă energie decât s-a consumat. Acea reacţie a durat doar o fracţiune de secundă, însă dacă ar fi stabilizată la un ritm similar constant, un asemenea reactor proiectat la scară relativ modestă ar furniza electricitate cât pentru o ţară medie sau chiar mare. Deci, teoria fuziunii şi producţiei mai mari decât consumul a fost confirmată experimental, iar după asta SUA a votat de urgenţă un pachet de legi care să dirijeze noua ramură a fuziunii nucleare şi să stimuleze inovaţia în acest domeniu. După acest pachet de legi, o mulţime de start-up-uri care munceau la fuziune s-au mutat în SUA, inclusiv din Germania, sau alte ţări.

Reactorul de dimensiuni mici, folosit în SUA de către cei de la Lawrence Livermore, care a produs mai multă energie decât a consumat

Între timp, la începutul lui decembrie, în Japonia a fost pus în funcţiune cel mai mare reactor tokamak de fuziune nucleară, construit special pentru ca oamenii de ştiinţă să poată face teste avansate şi variate pentru a înţelege ce mai lipseşte din a putea controla complet procesul de fuziune. În Franţa e construit un reactor şi mai mare, iar împreună aceste reactoare trebuie să ducă oamenii de ştiinţă în următorii câţiva ani la înţelegerea şi asimilarea completă a noii tehnologii, permiţându-se sute de experimente şi corecţii, până la dezlegarea completă a tehnologiei.

Foto: Noul reactor din Japonia, cel mai mare tokamak din lume

Ei bine, şi cât oamenii de ştiinţă din toată lumea sunt entuziasmaţi de ideea că se află la doar un pas de marele deznodământ în fuziunea nucleară, o echipă de ingineri din SUA, de la un start-up numit Helicity Space, anunţă că lucrează la primul motor aerospaţial din lume, bazat pe fuziunea nucleară. Paradoxal, nu vorbim de vreun motor electric, alimentat de electricitatea unui reactor nuclear, ci de un motor care va genera expulzări de plasmă în urma fuziunii nucleare şi astfel va asigura forţa propulsiei.

„Nu e nevoie să aşteptăm asimilarea completă a fuziunii nucleare pe Pământ, pentru a putea construit motorului nostru” — spun cei de la Helicity Space, care declară că au tot conceptul definitivat, iar de curând au primit 5 milioane de dolari investiţii pentru a construi şi fizic motorul pe care l-au conceput. Motivul pentru care inginerii nu au nevoie de stăpânirea completă a fuziunii şi se pot descurca cu nivelul actual de tehnologie atinsă, rezidă din faptul că motorul va funcţiona pe bază de reprize scurte de fuziune nucleară, succesive, fiecare dintre ele generând un nou impuls de propulsie. Cei de la Helicity Space spun că omenirea poate genera deja reacţii scurte de fuziune, prin urmare aceste cunoştinţe sunt suficiente pentru a construi primul motor cu fuziune din lume.

Foto: Construcţia noul motor cu fuziune nucleară Helicity Space

În fiecare din aceste reprize se va crea plasmă, care va fi expulzată spre exterior, iar motorul e conceput să aibă deja o balanţă net pozitivă de generare a energiei de propulsie. De fapt, acesta e proiectat să poată facă uz de atât de puţin combustibil primar în generarea de reacţii de fuziune, încât un rezervoare de talie firească, montată pe o navă spaţială, ar putea să-i asigure acesteia autonomie suficientă să circule oriunde în sistemul solar şi înapoi spre pământ.

Cei de la Helicity Space spun că motorul lor e scalabil, păstrând randamentul excelent, şi poate avea puteri de propulsie cuprinse între doar 100 kW, pentru sateliţi mai mici sau alte vehicule de mici dimensiuni, şi tocmai 1 GW putere şi mai mult. E o cifră atât de mare, încât sună aproape inimaginabil când e transformată în cai-putere. 1 GW înseamnă 1.000.000 kW, sau 1.359.619 CP!

Respectiv, cu asemenea putere, orice navă spaţială ar putea fi propulsată cu viteze nemaivăzute până acum prin spaţiu, mai ales că şi eficienţa reacţiei de fuziune permite folosirea a mai mult combustibil pentru susţinerea deplasării. La Marte se poate ajunge în 2 luni, la Jupiter într-un an, iar la Pluto, cea mai îndepărtată din sistemul solar, în 3 ani. Chiar şi intrarea într-un alt sistem solar alăturat s-ar putea face în 10 ani cu asemenea putere şi viteză.

Motorul e scalabil inclusiv prin punctele de generare a reacţiei de fuziune, astfel încât mai multe puncte să poată genera succesiv reprize de reacţii, după ideea cilindrilor unei maşini.

Ideea e că acest motor conglomerează componente deja testate şi configurează într-o formă ingenioasă, despre care inginerii nu pot să zică decât că are şanse cu adevărat să funcţioneze, pentru că fiecare component e cumva deja cunoscut. Dacă se va ajunge şi în viaţa reală la o generare net pozitivă de energie la scara anunţată teoretic acum, atunci motorul chiar are şanse să aducă beneficiile pe care le invocă. Iar cele 5 milioane primite acum au venit de la mai multe fonduri de investiţi, inclusiv Airbus Ventures, deţinută de producătorul de avioane Airbus. Deci, dacă şi cei de acolo au considerat că există un mare potenţial în tehnologia acestui motor, asta spune multe despre validarea acestei idei.

Echipa de ingineri de la Helicity Space are în rol de consilieri mai mulţi ingineri şi lideri de echipe de la NASA, iar co-fondatori ai Helicity Space sunt 3 oameni cu studii şi cariere avansate în matematică aplicată, inginerie chimică, fizică aplicată şi fizica plasmei — Dr. Setthivoine You, Marta Calvo şi Dr. Stephane Lintner — toţi având experienţă ulterioară de programe avansate în fizică nucleară, inclusiv la CERN şi alte universităţi şi centre de cercetare cu reputaţie la nivel global.

Deci, vorbim de nişte oameni cu experienţă enormă, cunoscuţi în mediul academic, promisiunea cărora de a livra un motor revoluţionar are o greutate cu mult mai mare decât ar avea-o orice alt startup. Iar dacă acest motor va izbuti să ajungă în producţie, şi dacă el începe de la doar 100 kW sau 136 CP — am putea la fel de bine să-l vedem pus pe maşini sau camioane în viitor, care ar merge ani de zile fără alimentare, aşa cum visau inginerii încă în anii 50, când îşi imaginau maşini cu reactoare nucleare!

Foto: Ford Nucleon, prototipul de maşină propulsată de un reactor nuclear mic, imaginat de ingineri în 1957 şi prezentat în 1958