Producerea de energie prin fuziune

Ce reprezinta fuziunea?

    Fuziunea reprezinta sursa energiei pentru soare. Producerea de energie prin fuziune, aici pe Pamant este mai greu de realizat, deoarece, din cauza caldurii sale enorme si a presiunii gravitationale, nucleul anumitor atomi se comprima intr-unii mai grei, ceea ce duce la eliberarea de energie. Singurul proton al nucleului a celor doi izotopi pe care ii are hidrogenul, de exemplu, fuzioneaza pentru a crea nuclee mai grele de heliu si un neutron. In aceasta transformare, o mica parte din masa este pierduta, fiind transformata in energie asa cum a fost cuantificata in ecuatia faimoasa a lui Einste: E=mc2.

    Reactorii pamanteni nu pot ajunge la presiuni atat de puternice cum se afla in interiorul Soarelui (asemenea presiune s-a inregistrat pe Pamant doar in ceea ce priveste armele termonucleare, care folosesc radiatiile de la o divizare a exploziei pentru a comprima energia). Dar temperaturile mult mai mari ca cele ale Soarelui pot fi create pentru a compensa presiunea laserului, mai ales daca forme grele de hidrogen , cunoscute sub denumirea de deuteriu (cu un singur proton si un singur neutron) si tritiu (un proton plus doi neutroni) fuzioneaza.

    Deuteriu este o forma de hidrogen neobisnuita, dar apa - fiecare molecula coprima doi atomi de hidrogen si un atom de oxigen - este suficient sa transforme aprovizionarile cu deuteriu care sunt nelimitate. Oceanele pot acoperi nevoia de energie pentru bilioane de ani. Pe de alta parte, tritiul este radioactiv si se gaseste foarte rar in natura. Aici apare litiul. Prin reactii nucleare simple se poate transforma litiul in necesarul de tritiu pentru a fuziona cu deuteriu. Litiul este gasit din abundenta in comparatie cu plumbul sau cositorul in scoarta terestra si chiar mai mult litiu se mai gaseste si in apa marii. Pentru generarea a 1.000 de megawatti energie produsa prin fuziune, va fi nevoie de doar cateva tone de litiu. Datorita faptului ca oceanele contin trilioane de tone de litiu, aprovizionarea cu energie nu va mai fi o prblema pentru milioane de ani de acum incolo.

Putem controla o reactie de fuziune?

    O demonstratie a acestei potentialului fuziunii de a crea energie, va fi pusa in practica in curand in sudul Frantei. Numit ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor - Reactorul Experimental International Termonuclear), testul este unul de cercetare in care s-au implicat Statele Unite Ale Americii, Uniunea Europeana, Japonia, Rusia, China, Coreea de Sud si India. Proiectat pentru a atinge un nivel al puterii de 500 megawatts, ITER va fi primul exeperiment care va produce un lung ritm de eliberare a energiei, pe o scara significanta.

    In timp ce alte abordari ale fuziunii sunt studiate, cele mai avansate implica folosirea fortelor magnetice pentru a tine ingredientele fuziunii impreuna. ITER va folosi metodele magnetice in dispozitive cunoscute sub numele de tokamak, unde combistibilul este injectat intr-o camera vidata si incalzita la temperaturi de 100 million de grade. In aceste conditii, energia datorata fuziunii devine un fel de gaz - sub forma de incarcatura electrica cunoscuta sub numele de plasma.  Incarcatura sa electrica este ceea ce permite retinerea acesteia de catre fortele magnetice. ITER va testa abilitatea de retinere magnetica care tine plasma la locul ei, la temperaturi si desitati ridicate, timp suficient pentru ca fuziunea sa aiba loc. 

    Constructia ITER este programata la inceputul anului 2009, iar plasma va fi produsa prima oara in 2016 si energie termala generata la 500 megawatts in anul 2025. Totusi, aceasta caldura nu se va transforma in electricitate. Printre primele propuneri ale ITER va fi identificarea strategiilor adresate diferitelor probleme tehnice, dar si a celor de securitate, pe care inginerii vor trebui sa le rezolve pentru a face fuziunea viabila pe scara larga, in ceea ce priveste furnizarea energiei.  

Care sunt barierele intampinate pentru ca reactorii de fuziune sa functioneze?

    In primul rand, va fi nevoie de materiale care sa retina asalturile provocate in urma reactiei de fuziune. Deuteriul - reactia de fuziune care produce heliu si va putea furniza o parte din energie pentru a tine plasma incazita. Insa, principala sursa de energie extrasa din aceasta reactie provine din neutroni, care sunt, de asemenea, produsi in urma reactiei de fuziune. Neutronii, care se deplaseaza foarte repede vor strabate prin peretele camerei reactorului intr-o patura de material ce inconjoara reactorul, depozitand energia lor sub forma de caldura, care mai apoi va produce electricitate. In proiectul avansat al reactorului, neutronii vor fi, de asemenea, folositi pentru a initia reactii transformand litiul in tritiu.

    Neutronii nu numai ca vor depozita energie in patura de material, dar impactul lor va transforma atomii din perete si patura in forme radioactive. Va fi nevoie de materiale care vor extrage caldura in mod efectiv, in timp ce vor supravietui atenuarii structurii determinate a neutronilor pentru perioade mari de timp.

    Va fi nevoie de metode pentru a limita radioactivitatea provocata de neutroni, dar si pentru a preveni eliberarea energiei tritiului, care este radioactiv. In plus, interactiunea intre plasma si materialele reactorului va produce praf radioactiv care va trebui sa fie indepartat.
    Construirea posibilitatilor de generare a fuziunii pe scara larga, va necesita inovari ingineresti pentru a intampina toate aceste provocari, incluzand magneti mai buni pentru conductie si sisteme de vacuum avansate. Uniunea Europeana si Japonia proiecteaza Institutul International de Iradiatii a Fuziunii materialelor, unde materialele posibile pentru fuzionare vor fi dezvoltate si testate. Metodele prin care se folosesc robotii pentru mentenanta si reparare, vor trebuie, de asemenea, dezvoltate. In timp ce aceste probleme ingineresti sunt destul de consistente, fuziunea furnizeaza foarte multe avantaje in ciuda perspectivei de aprovizionare cu energie in urma fuziunii care este nelimitata.

Energia bazata pe fuziune va oferi siguranta?

    Din punctul de vedere al sigurantei, aceasta energie nu contine riscurile unei reactii nucleare periculoase - este foarte dificil sa obtii reactia de fuziune de prima data, deoarece poate fi stopata rapid eliminand injectarea combustibilului. Dupa ce inginerii vor invata cum sa controleze prima generatie de fuziuni cu plasma, din deuteriu si tritiu, abiar dupa a treia generatie de energii se va putea reduce radioactivitatea dupa regulile magnitudinii.

    In cele din urma, succesul fuziunii ca si furnizor de energie, va depinde de rezolvarea problemelor intampinate in ceea ce priveste operarea lor intr-un mediu sigur, astfel fuziunea ar putea deveni cea mai competitiva metoda de furnizare a energiei la un cost mic. Vestea buna este ca primele probleme sunt deja definite, astfel energia pe baza de fuziune ofera o combinatie irezistibila intre furnizarea in mod abundent a energiei cu un minim de consecinte de mediu.