Fuziunea nucleară, adesea supranumită „Sfântul Graal” al energiei curate, tocmai a făcut un pas uriaș înainte. Cercetătorii din China au reușit să mențină o plasmă stabilă în timp ce au „pompat” în reactor mult mai mult combustibil decât se credea anterior că este posibil, spulberând o limită de densitate care a stat în calea fizicienilor timp de decenii.
Într-un nou studiu publicat în Science Advances, echipa de cercetători condusă de profesorul Zhu Ping, de la Universitatea de Știință și Tehnologie Huazhong (HUST), explică modul în care a reușit să depășească bariera critică a densității plasmei. Această reușită ne-ar putea aduce mult mai aproape de fuziunea magnetică și de producția susținută de energie electrică.
Dincolo de limite: dincolo de „Regula Greenwald”
În interiorul unui tokamak — un dispozitiv în formă de gogoasă care folosește câmpuri magnetice puternice pentru a izola plasma fierbinte — densitatea combustibilului este esențială. Cu cât adaugi mai mult combustibil, cu atât crește densitatea plasmei, ceea ce înseamnă că ionii se ciocnesc mai des. Fiecare ciocnire reprezintă o șansă ca acești ioni să fuzioneze și să elibereze cantități masive de energie.
Totuși, există o problemă: dacă plasma devine prea densă, marginea acesteia se răcește, provocând un colaps brusc care poate opri reactorul și poate deteriora hardware-ul costisitor. Operatorii folosesc de obicei „limita de densitate Greenwald”, o regulă empirică bazată pe curentul plasmei, ca o linie de avertizare pe care nimeni nu îndrăznește să o treacă. Până acum.
Echipa lui Zhu a utilizat Tokamak-ul Experimental Supraconductor Avansat (EAST) pentru a atinge o densitate de 1,3 până la 1,65 ori mai mare decât această limită obișnuită, menținând în același timp plasma complet stabilă.
Secretul stă în „Pornire” și pereții reactorului
În loc să încerce să ajusteze plasma odată ce a devenit instabilă, echipa s-a concentrat pe faza fragilă de pornire a reactorului. Aceștia au utilizat încălzirea prin rezonanță ciclotronică a electronilor (ECRH) — în esență, microunde de mare putere care încălzesc rapid electronii — și au menținut sistemul activ pe tot parcursul pornirii.
De asemenea, presiunea inițială a gazului a jucat un rol vital. Combustibilul neutru suplimentar a modelat contactul dintre plasmă și pereții reactorului înainte ca temperaturile să explodeze, permițând descărcării să urce la o densitate mult mai mare fără riscul unui colaps.
Această strategie se bazează pe o teorie modernă numită „auto-organizarea plasmă-perete” (PWSO). Ideea este că, prin ajustarea timpurie a condițiilor suprafeței interioare, plasma poate fi „ghidată” într-o stare în care plafonul tradițional de densitate pur și simplu nu se mai aplică.
De ce tungstenul schimbă regulile jocului
Reactorul EAST folosește suprafețe de tungsten, un metal greu care reacționează diferit atunci când este lovit de particule energetice. Dacă tungstenul este aruncat în plasmă, acesta poate afecta curățenia și stabilitatea acestuia, pierzându-se energie sub formă de radiații.
Totuși, prin metoda de pornire optimizată, echipa a reușit să obțină o plasmă mai curată. Impuritățile au fost reduse, miezul a rămas mai fierbinte pentru mai mult timp, iar marginea mai rece a plasmei a redus tensiunea asupra suprafețelor interioare ale mașinii.
„Soarele Artificial” al Chinei: calea către reactoarele de nouă generație
Reușita de la EAST nu este doar un record de laborator; este un model pentru viitor. Deoarece fiecare tokamak trebuie să treacă prin aceeași fază critică de început, controlul riguros al pornirii și al interacțiunii cu pereții ar putea fi replicat în reactoare și mai mari.
Într-un sistem de „plasmă arzătoare”, unde reacțiile de fuziune se auto-întrețin, o densitate ridicată înseamnă o producție uriașă de energie fără a fi nevoie de temperaturi extreme imposibil de gestionat.
„Descoperirile sugerează o cale practică și scalabilă pentru extinderea limitelor de densitate în tokamakuri și dispozitivele de fuziune plasmatică de nouă generație”, a declarat profesorul Zhu.
Deși va fi nevoie de un control și mai precis pentru a menține aceste stări în condiții de energie și mai mare, rezultatele din China ne arată o cale credibilă către aprinderea fuziunii și, implicit, către un viitor alimentat de energia stelelor.
