China a reuşit să asigure funcţionarea unui soare artificial timp de peste 17 minute, în căutarea noilor surse de energie, după o tehnologie de acum peste 60 de ani

De multe ori cercetările produse acum zeci de ani ascund în ele rezultare fascinante, care au fost neglijate la vremea lor sau n-au fost suficient de mult explorate pentru a putea ajunge la descoperiri remarcabile. În zilele noastre, în lumina schimbărilor climatice şi a cererii tot mai mari pentru energie în general şi electricitate în particular, multe state îşi pun întrebarea dacă ar exista şi alte căi de producţie a energiei, fără impact asupra planetei şi fără a face uz la materiale de cantităţi limitate, extrase din sol. Şi adevărul e că aceleaşi întrebări şi le-au pus nenumărate echipe de ingineri pe o mare parte din parcursul secolului XX. Iar anunţul făcut de China la începutul acestui an, cu privire la succesul prin care au reuşit să asigure funcţionarea unui soare artificial timp de peste 17 minute în căutarea noilor surse de energie, ne-a făcut să intrăm un pic mai în esenţa acestei tehnologii şi a ceea ce ar putea aduce ea pentru lumea modernă, inclusiv pentru popularizarea mult mai rapidă a automobilelor electrice.

Întreg subiectul e unul suficient de complex şi de ştiinţific încât să fie demn de volume întregi de cărţi, dar noi vom încerca să explicăm cu cuvinte simple lucruri complicate, într-o formă succintă. Aşadar, „soarele artificial” al Chinei, anunţat acum câteva săptămâni şi situat în Hefei, este de fapt un reactor de fuziune nucleară şi el a reuşit într-adevăr un salt imens înainte în calea realizării unui mare vis al oamenilor de ştiinţă — cel de a reuşi să creeze energie după modelul reacţiilor din soare şi toate celelalte stele.

E un model diferit de a crea energie faţă de tehnologia reactoarelor nucleare pe care omenirea deja le are funcţionale în lume. În reactoarele nucleare prezente, procesul de creare a energie are la bază fisiunea, atunci când nucleele atomilor grei sunt dezintegraţi în mai multe nuclee mici, eliberând totodată radiaţii şi energie termică. Procesul din laboratorul chinez, însă, cel care vrea să replice soarele, are la bază fuziunea, nu fisiunea, iar fuziunea presupune că două nuclee atomice interacţionează la temperatură mare şi presiune pentru a forma un nucleu nou mai uşor decât suma celor două anterioare, iar diferenţa de masă e degajată în energie sub formă de căldură şi lumină. Partea fantastică e că în urma acestui proces nu se degajă radiaţii radioactive şi nici deşeuri radioactive, iar cantitatea de energie generată, teoretic, este mai mare decât în cazul fisiunii nucleare. Deci, efectiv vorbind, dacă am ajunge să avem reactoare şi staţii nucleare în lume, care ar crea energie prin această metodă după tipul soarelui, am putea produce energie cu zero emisii şi zero deşeuri radioactive pe care să ne gândim unde să le îngropăm adânc, cum se întâmplă în prezent.

Pentru toată această producţie s-ar folosi hidrogenul — un gaz care e disponibil în cantităţi uriaşe pe pământ. Dar, după cum intuieşti, deocamdată nu avem asemenea reactoare, care să producă stabil energie prin această metodă nicăieri în lume, pentru că încă există mari provocări, ce trebuie depăşite. În primul rând, fuziunea nucleară poate avea loc la temperaturi minime de 100 milioane de grade Celsius, la presiunea pământului. Reactorul din China, spre exemplu, nu a putut replica aceeaşi presiune ca pe soare, iar asta înseamnă că e nevoie de temperatură mai mare, ca să se creeze condiţiile reacţiei, iar inginerii de acolo au reuşit să asigure 150 milioane de grade Celsius în reactor, timp de 1,056 secunde, adică timp de 17 minute şi 36 secunde. Anume prin acest timp îndelungat al acestei reacţii de fuziune, oamenii de ştiinţă chinezi au şi reuşit să se apropie cel mai mult dintre toţi de acel deziderat, doborând propriul record, atins la acelaşi record anul trecut, record care era de doar 101 secunde, adică nici 2 minute.

Efectiv, reactorul din China a produs energie în decursul celor de 17 minute şi 36 secunde. Marea problemă, însă, e că deocamdată atât reactorul din China, cât şi altele ce experimentează aceeaşi tehnologie, folosesc mai multă energie pentru a asigura condiţiile necesare fuziunii, decât generează. Cel mai bun raport cunoscut până acum la un asemenea reactor era de a fi consumat 24 MW de energie şi de a fi eliberat 16 MW. Datele exacte ale ultimului experiment chinez încă n-au fost dezvăluite.

Aşadar, problema e în a asigura cele 100-150 milioane de grade Celsius necesare reacţiei de fuziune. În prezent metoda prin care se asigură asemenea temperaturi sunt crearea de câmpuri magnetice uriaşe, în interiorul reactorului de formă toroidală. Iar tot acest concept de a crea fuziunea într-un asemenea reactor şi printr-o asemenea metodă, a fost conceput încă în anii 1950 de fizicienii din URSS sub conducerea lui Andrei Saharov (avem şi o stradă în Chişinău în cinstea acestuia) şi Igor Tamm, iar în 1958 tot în URSS a fost construit şi primul reactor funcţional de acest tip, sub conducerea lui Natan Yavlinsky.

Foto: Academicianul Saharov, unul din primii care lucraseră la conceptul reactorului de fuziune nucleară

Pe atunci sovieticii erau atât de fascinaţi de această tehnologie, încât au prezentat rezultatele acestor studii la Geneva în anul 1958, la conferinţa Atomi pentru Pace, o iniţiativă care presupunea ca oamenii de ştiinţă din diferite ţări să-şi împărtăşească studiile pentru binele comun al energiei nucleare în scopuri paşnice. Prezentarea lor a fost eclipsată însă de un alt accelerator, prezentat de americanul Lyman Spitzer, care avea şi o machetă demonstrativă, aşa că relevarea lor a rămas fără prea multă atenţie. Aceştia, însă, au continuat să construiască reactoare, iar în 1965 sovieticii anunţau din nou că au progresat extrem de mult cu tehnologia şi că ea are un viitor strălucit. Anunţul a fost din nou spulberat de acelaşi Spitzer, care a tot punctat zecile de provocări care încă persistau şi spunea că tehnologia nu merită studiată mai departe. Sovieticii nu s-au lăsat nici atunci, iar în 1968 au publicat un nou raport, al noilor progrese, invitând şi o delegaţie de oameni de ştiinţă din Marea Britanie, ca aceştia să facă propriile măsurători în laboratoarele sovietice, pentru a se convinge. Britanicii au mers, s-au convins şi au anunţat lumii întregi că totul se confirmă, iar tehnologia e promiţătoare. Aşa că în anii 1970 a urmat construcţia unui număr mare de asemenea reactoare în toate centrele mari de cercetări din lume, pentru a avansa cu tehnologia. Azi în lume există peste 30 de asemenea reactoare şi altele peste 20 au fost deja închise într timp. Apropo, tipul ăsta de reactor poartă numele de Tokamak, care e un cuvânt format de la toroidal'naya kamera s magnitnymi katushkami.

Aşadar, marea provocare pentru oamenii de ştiinţă din anii 70 până azi continuă a fi eficientizarea reactorului tokamak, pentru ca acesta să poată produce mai multă energie decât are nevoie. Acest lucru este teoretic posibil, pentru că o parte din atomi revin în reacţie şi ei ar asigura continuitatea procesului. Şi, calculele fizicienilor arată că până şi în condiţii imperfecte de laborator, am putea ajunge la etapa în care un asemenea reactor să producă de 10 ori mai multă energie decât consumă, fiind astfel auto sustenabil şi consumând doar hidrogen pentru reacţiile sale. Pentru a ajunge acolo, însă, mai e mult de muncă la eficientizarea procesului şi la asigurarea stabilităţii lui. Tocmai de asta fizicienii consideră ca paşii cei mai eficienţi în acest drum acum sunt lungirea tot mai mare a acestor procese ca durată în timp şi observaţiile în decursul acestor reacţii. Iar ceea ce au făcut chinezii recent e un salt imens în durată, de la nici 2 minute la tocmai 17 minute şi cu siguranţă s-au acumulat o cantitate imensă de date, care vor fi de autor în conturarea tot mai aproape de viabilitate a acestei tehnologii.

În urmăritorii ani, urmează lansarea unui reactor tokamak şi mai mare în Franţa, la construcţia căruia au participat toate ţările din UE, plus SUA, plus China, Elveţia, unde vor fi folosite inclusiv datele acumulate din China. Până atunci China va mai continua asemenea experimente, în dorinţa de a se apropia cât mai mult de o tehnologie perfecţionată, care să poată fi implementată în staţii electrice adevărate, funcţionale şi stabile. Ar mai putea urma câteva decenii până la acel moment al istoriei, dar, dacă ajungem ca şi omenire la stăpânirea unei asemenea tehnologii, atunci am putea avea una din cele mai importante chei pentru rezolvarea problemei sursei de energie în lume şi pentru reducerea impactului nostru asupra planetei.

Foto: Reactorul Tokamak din Hefei, China