„Soarele” artificial al Chinei a depăşit un obstacol major în procesul de obţinere a energiei din fuziune nucleară

Reactorul EAST de fuziune nucleară, supranumit „Soarele” artificial al Chinei, a reuşit să menţină stabilă plasma superfierbinte la densităţi extreme, depăşind o barieră majoră pe drumul eficientizării tehnologiei de fuziune nucleară care promite să ofere omenirii energie curată nelimitată, transmite Live Science care citează un material publicat la 1 ianuarie în revista Science Advances, potrivit Agerpres.

Reactorul Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) a menţinut plasma – a patra stare a materiei de înaltă energie – stabilă la densităţi extreme, ceea ce a fost anterior considerat un obstacol major în dezvoltarea tehnologiei de fuziune nucleară, potrivit unui comunicat emis de Academia Chineză de Ştiinţe.

 „Constatările sugerează o cale practică şi scalabilă pentru extinderea limitelor de densitate în tokamak-uri şi dispozitive de fuziune cu plasmă de generaţie următoare”, a declarat în comunicat co-autorul principal al studiului, Ping Zhu, profesor la Şcoala de Inginerie Electrică şi Electronică de la Universitatea de Ştiinţă şi Tehnologie din China.

Fuziunea nucleară oferă potenţialul pentru o energie curată aproape nelimitată. Cu alte cuvinte, energie fără deşeuri nucleare sau emisii de gaze cu efect de seră, eliberate prin arderea combustibililor fosili. Noile descoperiri ar putea aduce omenirea cu un pas mai aproape de deblocarea acestei surse de energie, pe care unii cercetători susţin că am putea-o valorifica în câteva decenii.

- articolul continuă mai jos -

 Cu toate acestea, tehnologia fuziunii nucleare este în dezvoltare de peste 70 de ani şi este încă o ştiinţă experimentală, reactoarele consumând de obicei mai multă energie decât pot produce.

Reactoarele de fuziune sunt concepute pentru a fuziona doi atomi uşori într-un singur atom mai greu prin intermediul căldurii şi presiunii. Procedând astfel, ele generează energie într-un mod similar cu Soarele. Cu toate acestea, Soarele are o presiune mult mai mare decât reactoarele Pământului, aşa că oamenii de ştiinţă compensează prin captarea plasmei fierbinţi la temperaturi mai mari decât cele solare.

 EAST din China este un reactor cu izolare magnetică, sau tokamak, conceput pentru a menţine plasma arzând continuu pentru perioade lungi de timp. Reactorul încălzeşte plasma şi o captează într-o cameră în formă de gogoaşă folosind câmpuri magnetice puternice. Reactoarele Tokamak nu au reuşit încă să realizeze aprinderea prin fuziune, care este punctul în care procesul de fuziune devine autosustenabil, dar reactorul EAST a crescut timpul în care poate menţine constantă o buclă de plasmă extrem de fierbinte.

Un obstacol pentru cercetătorii în domeniul fuziunii este o limită de densitate numită Limita Greenwald, dincolo de care plasma devine de obicei instabilă. Această limită este o problemă deoarece, în timp ce densităţile plasmatice mai mari permit mai multor atomi să se ciocnească unii de alţii, reducând astfel costul energetic al aprinderii, instabilitatea ucide şi reacţia de fuziune.

Pentru a depăşi Limita Greenwald, oamenii de ştiinţă de la EAST au gestionat cu atenţie interacţiunea plasmei cu pereţii reactorului, controlând doi parametri cheie la pornirea reactorului: presiunea iniţială a gazului combustibil şi încălzirea electronilor prin rezonanţă ciclotronică, sau frecvenţa la care electronii din plasmă au absorbit microundele. Acest lucru a menţinut plasma stabilă la densităţi extreme de 1,3 până la 1,65 ori peste Limita Greenwald – mult mai mare decât intervalul operaţional obişnuit al tokamak-ului de 0,8 până la 1, conform studiului.

 Aceasta nu a fost prima dată când Limita Greenwald a fost depăşită, conform Live Science. De exemplu, tokamak-ul DIII-D National Fusion Facility al Departamentului de Energie al SUA din San Diego a depăşit limita în 2022, iar în 2024, cercetătorii de la Universitatea Wisconsin-Madison din Wisconsin au anunţat că au menţinut o plasmă tokamak stabilă la aproximativ 10 ori Limita Greenwald folosind un dispozitiv experimental.

Cu toate acestea, performanţa atinsă la EAST le-a permis cercetătorilor să încălzească plasma la o stare teoretizată anterior, numită „regim fără densitate”, pentru prima dată, în care plasma a rămas stabilă pe măsură ce densitatea a crescut. Cercetarea se bazează pe o teorie numită autoorganizarea pereţilor plasmei (PWSO), care propune că un regim fără densitate ar putea fi posibil atunci când interacţiunea dintre plasmă şi pereţii reactorului este într-o stare atent echilibrată, conform declaraţiei.

 Progresele realizate la EAST şi în SUA vor influenţa dezvoltarea de noi reactoare. China şi SUA fac ambele parte din programul Reactorului Termonuclear Experimental Internaţional (ITER), care este o colaborare între zeci de ţări pentru a construi cel mai mare reactor de fuziune tokamak din lume în Franţa.

ITER va fi un alt reactor experimental conceput pentru a crea fuziune susţinută în scopuri de cercetare, dar ar putea deschide calea pentru centralele electrice de fuziune. Se aşteaptă ca reactorul ITER să înceapă să producă reacţii de fuziune la scară largă din 2039.