30 Ianuarie 2026, 15:05
Ilie Toma
Fuziunea nucleară e o tehnologie care, aproape ca şi bateriile cu stare solidă, e de câţiva ani la o etapă în care e declarată ca fiind aproape complet stăpânită şi cunoscută, dar marele progres şi marea tranziţie în lumea practică încă întârzie să aibă loc. Noi am tot scris în ultimii ani despre zeci de echipe şi companii din toată lumea care au avansat enorm în fuziunea nucleară, iar multe din ele au deja şi reactoarele proiectate la 99% şi unele chiar au demarat şi construcţia primelor centrale care vor utiliza fuziunea nucleară pentru producţia electricităţii. Dar, deşi experimentele de laborator au demonstrat deja repetat că se poate genera mai multă electricitate decât se consumă pentru iniţierea şi menţinerea fuziunii, totuşi stăpânirea stabilă, de lungă durată, a fuziunii într-un reactor de orice tip încă nu a fot atinsă. Între timp, însă, o echipă de ingineri din Canada, de la o companie numită General Fusion, a creat un reactor genial care ajunge la fuziune nucleară folosind un principiu similar motoarelor diesel. Reactorul a fost testat deja de alţi oameni de ştiinţă din afară şi rezultatele experimentelor şi construcţia genială a acestui a fost confirmată, astfel încât acum, la început de an 2026, compania şi-a anunţat intenţia de a deveni publică şi de a aduna investiţii pentru de marea construcţie a unui prim reactor la scară mare şi pregătirea pentru o viitoare producţie în serie mai mare.
Foto: Reactorul experimental construit de General Fusion
Marea atracţie a fuziunii nucleare vine din lipsa radioactivităţii la materialul rezultat în urma reacţiilor, spre deosebit de actualele centrale nucleare, care operează în baza reacţiei de fisiune nucleară, când atomii grei sunt loviţi pentru a fi disperaţi în procesul reacţie. La fuziune, atomii sunt loviţi pentru a fi contopiţi într-un atom mai mare, masa căruia e mai mică decât suma celor doi atomi anteriori, iar diferenţa masei e eliberată în energie. Reacţia fuziunii nucleare e cea pe care o ştim că are loc pe soare, iar pentru declanşarea ei e nevoie de minim 100-150 milioane grade Celsius. Pentru a asigura o asemenea temperatură, e nevoie de mult consum iniţial de energie, însă ulterior reacţia produce cantităţi enorme de energie, care permite producţia cu un randament excepţional, mai mare decât la reacţia de fisiune, cu condiţia că acea reacţie de fuziune poate fi stăpânită în limitele fizice dorite.
În lume, există două tipuri principale de reactoare de fuziune care au evoluat până în prezent — cele de formă toroidală, numite tokamak, şi cele care sunt de forma unor tuburi, unde combustibilul a asaltat de o multitudine de raze laser, care generează temperatura uriaşă şi declanşează fuziunea. Aceste reactoare cu laser au fost şi primele care au demonstrat producţia netă de energie. Iar principala lor deosebire e că ele funcţionează în secvenţe foarte scurte şi repetitive, prin asaltarea sincronizată cu raze laser, nu într-un proces continuu.
Foto: Fuziune pe bază de lasere, creată de laboratorul Lawrence Livermore
Reactoarele tokamak însă, sunt prevăzute să funcţioneze într-un proces continuu, în care plasma din interior e menţinută în frâu prin câmpuri magnetice foarte puternice generate pe pârtiile exterioare ale spaţiului interior al reactorului. Reacţia ia o formă fizică toroidală mai aproape de centrul construcţiei, iar câmpul magnetic menţine plasma ceva mai depărtată de pereţi, dacă e să explicăm un pic mai simplificat şi mai uşor de imaginat vizual. Tot pereţii reactorului, însă, sunt cei care la modelele de serie ar trebui să aibă circuite integrate şi metal topit, care să preia căldura imensă generată în interior şi să asigure transformarea ei în electricitate. Iar marea limitare e că plasma în timpul fuziunii are un element de impredictibilitate, care o face deocamdată imposibil de stăpânit pe termen foarte lung cu câmpul magnetic. Iar stăpânirea e importantă pentru stabilitatea reacţiei şi pentru integritatea structurală a reactorului.
Aşadar, există o dilemă între cele două construcţii. Pe de o pate, tuburile cu laser reuşesc stabilizarea fizică a plasmei mai bine, pentru că o asaltează din toate direcţiile şi o menţin în mijloc, dar durata reacţiei e extrem de scurtă şi trebuie repetată ciclic, ceea ce reduce oarecum randamentul teoretic raportat la durata de timp. E ca la un motor cu combustie, care trebuie să dea un impuls de forţă la fiecare a doua turaţie a arborelui (4 timpi), sau la fiecare turaţie (2 timpi), în timp ce unul electric transformă practic constant câmpul magnetic în forţă continuă de mişcare. Aici analogia cu motorul electric şi forţa constantă i se potriveşte reactorului tokamak, însă acesta nu poate deocamdată stăpâni foarte bine plasma şi câmpul magnetic. E ca şi cum ne-am imagina un electromotor care n-are încă ecranarea corectă în jurul statorului şi câmpul său magnetic şi generează interferenţe exterioare şi pierderi de energie care-l fac să fie instabil. La electromotoare, oamenii s-au învăţat să controleze cu precizie fluxul magnetic dintr-un electromotor şi ecranarea acestuia. La reactoare tokamak încă definitivează acest proces.
Foto: Reactor tokamak din Japonia
Şi aici vine construcţia genială a reactorului echipei de ingineri canadieni, care preia elementele de la ambele reactoare de mai sus, dar şi de la principiile termodinamice din lumea motoarelor diesel şi chiar a pompelor de căldură. Aceştia au luat la bază principiul Lawson de formare a fuziunii, care spune că plasma trebuie să fie suficient de fierbinte şi de densă, pentru a declanşa o fuziune cu eliberare netă de energie. Şi s-au gândit că dacă adeseori consumul mare de energie e alocat generării celor 100-150 milioane de grade Celsius, atunci ar exista o cale de ocolire, care ar permite generarea unei temperaturi mai mici, şi compensarea ei cu presiune, iar presiunea ar mări mecanic temperatura, la fel cum se întâmplă şi la o pompă de căldură, când compresorul sporeşte presiunea refrigerentului pentru a-l încălzi.
Aceştia au conceput un reactor cu un centru sferic, construit şi unul demonstrativ, pe care l-au numit Lawson Machine 26, sau LM26. Iar ca să înţelegem corect, cifra 26 de aici nu reprezintă anul 2026, ci a 26-a maşinărie experimentală construită în istoria General Fusion de mai bine de două decenii de experienţă. Deci, vorbim de una din echipele cu experienţă enormă, care a ajuns la această construcţie după ce a încercat şi a studiat tot ce s-a putut.
Echipa celor de la General Fusion şi reactroul lor experimental, vizibil pe fundal
Ei bine, reactorul LM26 e foarte similar cu reactoarele în formă finală care ar putea urma, doar că nu poate repeta ciclurile de producţie de multe ori pe secundă, cum vor face cele de serie. La reactorul experimental LM26 fiecare ciclu e urmat de pauză şi acţiuni manuale, înainte de următorul ciclu. La cel de serie, toate astea vor fi automatizate şi se vor produce succesiv şi rapid.
Construcţia reactorului prevede existenţa unui tun de plasmă, în centru, care pregăteşte plasma din deuteriu şi tritiu, ambii fiind izotopi ai hidrogenului. Pereţii interiori ai reactorului au canale care înconjoară zona centrală şi care permit umplerea cu litiu lichid, eventual cu o compoziţie mică de plumb. Reactorul injectează o cantitate de metal lichid care formează o formă aproape sferică în zona pereţilor, iar apoi plasma e injectată în centru. Către acest moment plasma are deja o temperatură mare, dar nu suficient de mare pentru a genera producţia netă de energie din belşug. Aici intervine principiul motoarelor diesel.
În jurul construcţiei sferice a reactorului sunt poziţionate zeci de pistoane mecanice, cât să acopere echivalent tot spaţiul disponibil. În momentul-cheie, cât plasma a fost injectată în interior, pistoanele mecanice sunt acţionate la unison şi generală o forţă de apăsare pe construcţia flexibilă a reactorului, care separă pistoanele de zona litiului lichid. Astfel, sfera interioară cu litiu lichid se comprimă brusc în volum în interior şi prin această acţiune mecanică ajunge să crească enorm presiunea plasmei, ducând-o la temperatura de combustie. O numim combustie pentru a explica analogia cu motorul diesel, care are injectat carburantul în interior, apoi prin mişcarea pistonului comprimă amestecul şi creşte temperatura până la combustie fără scânteie. Prin asta se explică analogia acestui reactor cu motoarele diesel, doar că plasma nu are combustie propriu-zisă, ci în acel moment ajunge la randamentul său maxim al reacţiei de fuziune nucleară, degajând energie, care ajunge sub formă de căldură spre aceeaşi zonă de litiu lichid de pe pereţii reactorului.
Această barieră de litiu lichid are rol dublu. Pe de o parte, reflectă neutroni şi ajută la formarea în timp real de tritiu, care e rar şi greu de obţinut în lumea reală. Crearea constantă de tritiu ar susţine reacţiile de mai departe şi reactorul ar avea nevoie de tritiu extern doar pentru primele câteva cicluri. Cea de-a doua funcţie e a litiului lichid e cea crucială de extracţie a energiei din reactor. Acel perete de litiu are canalele sale într-o continuă circulaţie a litiului, iar asta înseamnă că după ce a prelua căldura dintr-un ciclu al reacţiei, litiul circulă mai departe spre un schimbător de căldură alăturat şi încălzeşte un circuit de apă cu o turbină sau mai multe cu abur, exact ca la centralele nucleare actuale.
Deci, partea de generare propriu-zisă a electricităţii are loc prin turbinele cu abur cunoscute, iar asta va permite noului reactor să poată fi integrat în interiorul fostelor centrale nucleare, folosind circuitele de apă curată şi turbine cu abur ale acestora. Totul e gândit foarte practic în acest aspect, deci.
Iar asta înseamnă că reactorul LM26 va fi efectiv unul care lucrează ciclic, cu multiple cicluri ce se succed unul după altul şi generează câte o reacţie scurtă de fuziune nucleară la fiecare mişcare mecanică a pistoanelor. Datorită acestei mişcări mecanice, reactorul va produce şi un sunet ciclic ce va fi asemănător cu anumit motoare cu ardere internă.
Această construcţie elimină necesitatea magneţilor cu superconductivitate, necesari la tokamak şi simplifică foarte mult operarea. S-a putea ca randamentul final să nu-l depăşească pe cel teoretic al tokamakurilor, însă uneori e perfect dacă un randament mai mic poate fi implementat practic faţă de unul care poate fi demonstrat deocamdată doar teoretic.
În acest caz, inginerii canadieni au conceput totul pentru adaptabilitate maximă, simplitate în producţia de serie fără multe materiale rare şi viabilitate pentru a putea aduce acest reactor la o eventuală scară de serie după anul 2030.
0
7,570
ŞTIRI DE CARE AŢI PUTEA FI INTERESAT