Începe construcţia lui Copernicus, primul reactor de fuziune nucleară, conceput să aibă rol de centrală de producţie a electricităţii

În ultimii doi ani în lume s-au produs evoluţii imense în domeniul fuziunii nucleare, care au adus omenirii rezultate deja palpabile, măsurate şi verificate, ce confirmă pe de o parte toate teoriile anterioare despre fuziune nucleară şi despre faptul că ea poate produce mai multă energie decât consumă pentru reacţia sa, iar pe de altă parte că omenirea e foarte aproape de a putea stabiliza şi stăpâni procesele acestor reacţii pe durată mult mai lungă, astfel încât să putem trece la etapa construcţiei de reactoare şi centrale, iar omenirea să aibă astfel acces la o sursă practic infinită de energie, cu zero CO2 şi zero radioactivitate. Ei bine, acum începe şi construcţia primului reactor de fuziune nucleară, conceput să aibă rolul unei asemenea centrale.

Ca întotdeauna când vorbim de fuziunea nucleară, trebuie să amintim că fuziunea e total diferită faţă de procesul de fisiune nucleară, folosit de peste 6 decenii încoace de reactoarele nucleare clasice. Acolo, la fisiune, atomii grei, de materiale radioactive, sunt disipaţi, transformându-se în atomi care au în sumă masă mai mică decât cel iniţial, dar rămânând radioactive, şi eliberând diferenţa în căldură şi energie. Fuziunea e procesul exact invers, de fuzionare a atomilor într-unului nou, a cărui masă totală va fi mai mică decât suma celor anterior, iar diferenţa de masă e eliberată în energie. Reacţia e identică celei prin care soarele nostru, dar şi toate stelele cunoscute, îşi produc şi eliberează energia. Şi întrucât la fuziune sunt folosiţi atomi ai unor substanţe precum hidrogenul sau heliul, transformarea lor nu e însoţită de emisii radioactive la nicio etapă.

Partea mai dificilă e că reacţia de fuziune are nevoie de temperaturi uriaşe, de peste 100 milioane de grade Celsius, iar reacţia e mai stabilă pe la 150 milioane. Pentru a produce aceste temperaturi, e nevoie de un consum imens de energie, dar teoria spune că ulterior, energia produsă prin fuziune va fi mai mare decât cea consumată. De prin 1958 încoace, de când omenirea cunoaşte reacţia de fuziune, oamenii de ştiinţă erau convinşi că teoria ar putea fi demonstrată practic, doar că toate reactoarele mari, de obicei de formă toroidală, numite tokamak, care reuşeau să producă o reacţie de fuziune nucleară, o făceau pe o perioadă foarte scurtă, mult prea scurtă pentru a reuşi să ajungă la acel punct de producţie mai mare decât consumul de energie, nemaivorbind şi de randamentul mai scăzut al utilajelor de acum 30 sau 50 de ani de a genera asemenea temperaturi.

Foto: Reactor toroidal tokamak

Ei bine, în anul 2022 oamenii de ştiinţă din China au reuşit să asigure o reacţie de fuziune cu lungime record de peste 17 minute, iar acel succes a impulsionat foarte multe echipe de ingineri din toată lumea să avanseze cu paşi imenşi şi cu senzaţia că marele salt e aproape. În primul rând, sunt în construcţie două reactoare mari, construite cu efort internaţional şi destinate oamenilor de ştiinţă ca aceştia să poată face aceste ultime experimente şi calibrări necesare pentru stabilizarea reacţiilor. Unul din ele a şi fost finalizat şi pus în funcţiune în Japonia în decembrie 2023, fiind cel mai tokamak din lume şi permiţând oamenilor de ştiinţă un număr imens de reacţii experimentale, iar altul, ITER, e în construcţie în Franţa şi va deveni şi mai mare de atât. Au apărut între timp şi noi metode şi noi construcţii de reactoarelor nucleare, sau noi metode de a stabiliza reacţia, precum cea cu unde Alfven, de exemplu. Dar marele salt tehnologic a fot realizat de o echipă de cercetători de la laboratorul Lawrence Livermore din California, care a reuşit în decembrie 2022 să atingă pentru prima dată o reacţie de fuziune nucleară care a produs mai multă energie decât a consumat pentru declanşarea sa, documentată cu calcule oficiale. Ei au folosit o altă construcţie de reactor, de formă cilindrică, temperatura uriaşă fiind generată cu multiple fascicule laser concentrate. Şi apoi, la sfârşitul anului 2023 aceeaşi echipă de oameni de ştiinţă a raportat că pe parcursul anului au reuşit să repete reacţia cu obţinere de mai multă energie de câteva ori. Deci, e clar că deja teoria de zeci de ani a fost confirmată repetat, cu măsură oficiale şi verificări.

Foto: Lawrence Livermore

Iar acum o altă echipă de ingineri şi fizicieni nucleari ne anunţă că demarează construcţia unui nou reactor de fuziune nucleară, numit Copernicus, care e conceput să aibă rol de producţie net pozitivă de energie şi să echipeze viitoare centrale nucleare pe bază de fuziune. Desigur, primul reactor construit va servi drept prototip de testare pentru echipa de ingineri, aceştia urmând să facă şi ei calibrări şi ajustări în construcţie, dar şi calcule pentru viitoare scalări. Dar ulterior, acelaşi design de bază va servi pentru viitoarele centrale. Iar posibilităţile acestor centrale, de producţie a electricităţii în cantităţi pur şi simplu uriaşe, sunt enorme!

Foto: Noul reactor de fuziune nucleară Copernicus

Ei bine, în primul rând când se anunţă lucruri atât de măreţe, e cazul să ne uităm cine face anunţul, cât de mare e încrederea pe care o inspiră o echipă sau alta de ingineri. Dar în acest caz e vorba de echipa cu probabil cea mai mare experienţă în domeniul fuziunii nucleare şi una din foarte puţine companii independente care a rezistat atât de mult timp şi a elaborat atât de multe progrese cu propriile forţe. Vorbim despre TAE Technologies, sau TAE pe scurt — o companie aproape necunoscută publicului larg pentru că nu vinde deocamdată produse publicului larg sau companiilor şi încă nu are produse finite, dar e o companie care e un soi de SpaceX al fuziunii nucleare şi care există încă din anul 1998! Deci compania şi inginerii săi au o istorie de 25-26 de ani de studiu al fuziunii nucleare, cu peste 148 mii de experimente realizate doar din 2015 încoace, când au reuşit primele reactoare mai mari, funcţionale. De fapt, cei de la TAE au ajuns la a 6-a generaţie de reactor de fuziune nucleară creat de ei, iar acest reactor de generaţia a 6-a are numele de Copernicus. Apropo, Google e una din companiile investitoare în TAE de circa un deceniu, semn clar al încrederii oferite.

Foto: Echipa TAE, anul 2023

Tot cei de la TAE au reuşit să atingă succese notabile cu reactorul de generaţie a 5-a, numit Normal, datorită căruia au şi ajuns la validarea fuziunii nucleare ce foloseşte atomi de hidrogen-bor, combinaţie numită p-B11, şi anume hidrogenul-bor va fi folosit drept combustibil şi în noul reactor Copernicus. Deci e o combinaţie dintre hidrogen şi bor, ambele fiind non-radioactive şi ultra răspândite pe planetă, pe care oamenii de ştiinţă o recunosc drept cea mai curată şi preferabilă pentru fuziunea nucleară. Iar în februarie 2023, cei de la TAE au reuşit să desfăşoare primele experimente din lume de fuziune nucleară cu hidrogen-bor, într-o reacţie menţinută sub control prin câmpuri magnetice, într-un soi de reactor adaptat experimental la institutul NIFS din Japonia. Atunci s-a demonstrat viabilitatea practică a folosirii hidrogen-borului pentru fuziune, iar asta i-a determinat să decidă definitiv că reactorul TAE de generaţie a 6-a, Copernicus, trebuie să folosească această combinaţie pentru fuziune nucleară.

Foto: Imagine de la experimentul cu succes din februarie 2023 din Japonia

Copernicus va fi o evoluţie majoră, dar oarecum bazată pe construcţia reactorului actual de generaţie a 5-a, Norman. Deci Copernicus nu e un tokamak clasic, în esenţă, dar va stăpâni tot magnetic reacţia de fuziune şi plasma generată. Şi teoretic o poate face la infinit, judecând pe baza testelor cu Norman, care a trecut şi teste de rezistenţă la temperaturi uriaşe. Deşi acel reactor a fost proiectat pentru a rezista la doar 30 milioane de grade Celsius, pentru reprize scurte, el a rezistat şi la 75 milioane grade Celsius. Însă Norman folosea hidrogen şi deuteriu drept combustibil, unde deuteriul e un izotop al hidrogenului, deci şi aici va exista o deosebire majoră pentru următorul reactor. Chiar şi aşa, cei de la TAE au făcut circa 650 experimente în fiecare lună cu Norman şi au adunat date şi cunoştinţe preţioase pentru următoarea generaţie de reactor.

Foto: Construcţia reactorului Norman

Apropo, Norman are 24 metri lungime, 7 metri înălţime şi cântăreşte aproximativ 27 tone. Copernicus va fi un pic mai scurt, dar mai înalt şi lat. Atunci când e în acţiune, Norman consuma o putere de 750 MW, cam cât toată Moldova la ore de consum de zi a sistemului său energetic! Şi Copernicus va avea un consum şi mai mare, cel mai probabil, în schimb el va trebui să genereze şi mai mult, până la zeci de GW în plus la o etapă maturizată.

Foto: Reactorul Norman

Ei bine, în mod oficial construcţia lui Copernicus a început în 2022, cât timp experimentele cu Norman încă nici nu ajunseseră la apogeu. Dar în 2022 încă nu se realizaseră lucrări de montare propriu-zisă de piese pentru construcţia finală. Acum, în 2024, la început de an, cei de la TAE au expediat un mesaj investitorilor şi celor care le urmăresc îndeaproape activitatea şi i-au anunţat că sunt deja la etapa de construcţie propriu-zisă a reactorului Copernicus. Mai mult ca atât, echipa de ingineri de la TAE anunţă solemn că în anul 2026, când reactorul Copernicus va fi definitivat, va avea loc şi demonstraţia fără echivoc, verificabilă şi documentată oficial că noul reactor va produce un sold net pozitiv de energie!

Practic, din acel moment omenirea ar trebui să poată spune că există deja demonstraţia clară, pe viu, a construcţiei unui reactor care poate produce reacţie de fuziune pe termen lung şi poate produce energie în plus în mod stabil faţă de ceea ce consumă, devenind astfel efectiv elementul de bază pentru viitoarele centrale nucleare cu fuziune. Cei de la TAE au adunat 26 de ani de experienţă pentru construcţia acestui reactor revoluţionar, cu aproape 150 mii de experimente, după cum spuneam. Au adunat şi toate observaţiile din ultimul reactor Norman şi l-au proiectat deja pe Copernicus să atingă şi să reziste la 100-150 milioane de grade Celsius pe termen lung. Desigur, vorbim de camera unde are loc fuziune, nu de întreg reactorul, care să aibă asemenea grad de rezistenţă. Iar ideea e că plasma ce atinge această temperatură e menţinută izolată în centrul acelui spaţiu prin câmp magnetic.

Foto: Construcţia reactorului Copernicus

E curios că noul reactor Copernicus va putea funcţiona atât pe hidrogen şi deuteriu, deci practic hidrogen curat, ca şi combustibil, cât şi pe hidrogen-bor. Iar cei de la TAE sunt convinşi că hidrogen-bor e opţiunea preferabilă pentru scalare industrială mare şi pentru construcţia zecilor şi sutelor de reactoare nucleare cu fuziune în lume.

Desigur, în ambele cazuri va fi nevoie de hidrogen drept combustibil primar, şi mulţi din cei care comentau la articolele noastre anterioare despre fuziune nucleară au dat întrebări foarte logice despre cât de mult hidrogen va fi necesar pentru asemenea reactoare. Ştim că hidrogenul poate fi produs din electricitate regenerabilă, dar contează foarte mult cantitatea, că altfel producem de două ori energie sub diverse forme, o dată sub formă de hidrogen, apoi sub formă de electricitate din reactor care foloseşte hidrogen. Ei bine, TAE nu anunţă exact consumul de hidrogen pentru noul său reactor, aşa cum nu anunţă nici valorile nete de energie, dar există documente de studiu elaborate de ei care fac nişte estimări curioase despre cantităţile de hidrogen necesare pentru centralele de fuziune. Astfel, 1 kg de combustibil (hidrogen deuteriu sau hidrogen-bor) ar asigura producţia a 93,6 GWh de electricitate! E vorba de producţia brută, fără a scoate din ea necesarul de energie pentru rularea reactorului, dar chiar dacă am scoate 10 GWh pur teoretic la un nivel de maturitate a tehnologiei, tot rezultă cifre excepţionale.

Reactorul Copernicus

România consumă în 24 ore circa 140-150 GWh de electricitate, în funcţie de sezon. Asta înseamnă că mai puţin de 2 kg de hidrogen sau combustibil combinat pe zi ar fi necesare pentru producţia întregul necesar al României! Republica Moldova consumă cam 11-12 GWh pe zi, deci dacă admitem o cifră de 80 GWh net produşi dintr-un kilogram, Moldova ar avea nevoie de circa 150 grame de combustibil pe zi! Într-un an, pentru cei 4.200 GWh pe care-i cosumă Moldova, ar fi nevoie de 52,5 kg de hidrogen! Şi amintim, pentru producţia cu energie verde a hidrogenului prin hidroliză sunt necesari doar 53-57 kWh de electricitate pentru 1 kg. Deci, de aici vine şi perspectiva uriaşă a fuziuni nucleare. Şi nu, nu e vorba de nerespectarea legii conservării substanţei şi cu energie creată din neant, e vorba de eliberarea energiei atomice, energie care vine din diferenţele de masă din acei atomi. Asemenea diferenţe se întâmplă şi în prezent în reactoarele nucleare, şi acolo cantităţile de combustibil sunt de ordinul kilogramelor, nu tonelor. Şi acolo nimeni mai spune că n-are de unde să apară acea cantitate de energie imensă.

În fine, cei de la TAE mai dat şi un termen clar când compania va putea fi produce în serie şi livra reactoare nucleare cu fuziune pe bază de hidrogen-bor, pentru centrale electrice — anul 2030! Deci, ăsta ar fi termenul în care fuziunea va începe să aducă electricitate în reţelele noastre electrice. Nu e deloc departe! Va urma o perioadă foarte interesantă, de schimbări enorme în ceea ce înseamnă energie în toată lumea.