Modul în care gândesc oamenii de știință fuziune s-a schimbat pentru totdeauna în 2022, când ceea ce unii numeau experimentul secolului a demonstrat pentru prima dată că fuziunea poate fi o sursă viabilă de energie curată.
Experimentul, la Lawrence Livermore National Laboratory, a arătat aprindere: o reacție de fuziune care generează mai multă energie decât a fost introdusă.
În plus, ultimii ani au fost marcați de a profituri extraordinare de mai multe miliarde de dolari ale investițiilor private în domeniuîn principal în Statele Unite.
Dar o serie întreagă de provocări inginerești trebuie abordate înainte ca fuziunea să poată fi extinsă pentru a deveni o sursă sigură și accesibilă de putere curată practic nelimitată. Cu alte cuvinte, este vremea ingineriei.
Ca ingineri care au lucrat stiinta fundamentala şi inginerie aplicată în fuziunea nucleară de zeci de ani, am văzut o mare parte din știința și fizica fuziunii ajungând la maturitate în ultimii 10 ani.
Dar pentru a face din fuziune o sursă fezabilă de putere comercială, inginerii trebuie acum să facă față unei multitudini de provocări practice. Dacă Statele Unite vor profita de această oportunitate și vor apărea drept lider global în energia de fuziune, va depinde, în parte, de cât de mult este dispusă națiunea să investească în rezolvarea acestor probleme practice – în special prin parteneriate public-privat.
Construirea unui reactor de fuziune
Fuziunea are loc atunci când două tipuri de atomi de hidrogen, deuteriu și tritiu, se ciocnesc în condiții extreme. Cei doi atomi fuzionează literalmente într-un atom prin încălzire până la 180 de milioane de grade Fahrenheit (100 de milioane de grade Celsius), de 10 ori mai fierbinte decât miezul soarelui. Pentru ca aceste reacții să aibă loc, infrastructura energetică de fuziune va trebui să suporte aceste condiții extreme.
Omul de știință nuclear Marv Adams explică ce s-a întâmplat în experimentul de fuziune de succes – YouTube 
Există două abordări pentru a realiza fuziunea în laborator: fuziunea inerțială, care folosește lasere puterniceși fuziunea cu izolare magnetică, care folosește magneți puternici.
În timp ce „experimentul secolului” folosea fuziunea inerțială, fuziunea magnetică încă nu a demonstrat că se poate sparge chiar în generarea de energie.
Mai multe experimente cu finanțare privată urmărește să realizeze această performanță mai târziu în acest deceniuși un experiment mare, susținut la nivel internațional, în Franța, ITER, de asemenea, speră să ajungă la pragul de rentabilitate până la sfârșitul anilor 2030. Ambele folosesc fuziunea de izolare magnetică.
Provocări care urmează
Ambele abordări ale fuziunii împărtășesc o serie de provocări care nu vor fi ieftine de depășit. De exemplu, cercetătorii trebuie să dezvolte noi materiale care poate rezista la temperaturi extreme și condiții de iradiere.
Materialele reactoarelor de fuziune, de asemenea devin radioactive deoarece sunt bombardate cu particule foarte energetice. Cercetătorii trebuie proiectează materiale noi care se poate degrada în câțiva ani la niveluri de radioactivitate care pot fi eliminate în siguranță și mai ușor.
Producerea suficientă a combustibilului și realizarea acestuia în mod durabil este, de asemenea, o provocare importantă. Deuteriul este abundent și poate fi extras din apa obișnuită. Dar creșterea producției de tritiucare este de obicei produs din litiu, se va dovedi mult mai dificil. Un singur reactor de fuziune va avea nevoie de sute de grame până la un kilogram (2,2 lbs.) de tritiu pe zi pentru a funcționa.
În prezent, reactoarele nucleare convenționale produc tritiu ca produs secundar al fisiunii, dar acestea nu pot furniza suficient pentru a susține o flotă de reactoare de fuziune.
Deci, inginerii vor trebui să dezvolte capacitatea de a produce tritiu în cadrul dispozitivului de fuziune în sine. Acest lucru ar putea presupune înconjurarea reactorului de fuziune cu material care conține litiu, care reacția se va transforma în tritiu.
Pentru a extinde fuziunea inerțială, inginerii vor trebui să dezvolte lasere capabile să lovească în mod repetat o țintă de combustibil de fuziune, făcută din deuteriu și tritiu înghețate, de câteva ori pe secundă. Dar niciun laser nu este suficient de puternic pentru a face acest lucru în această rată – încă. De asemenea, inginerii vor trebui să dezvolte sisteme de control și algoritmi care direcționează aceste lasere cu o precizie extremă asupra țintei.
În plus, inginerii vor trebui să mărească producția de ținte în ordine de mărime: de la câteva sute realizate manual în fiecare an, cu un preț de sute de mii de dolari fiecare la milioane care costă doar câțiva dolari fiecare.
Pentru izolarea magnetică, inginerii și oamenii de știință din materiale vor trebui să dezvolte metode mai eficiente de încălzire și control al plasmei și materiale mai rezistente la căldură și radiații pentru pereții reactoarelor. Tehnologia folosită pentru încălzirea și limitarea plasmei până când atomii fuzionează trebuie să funcționeze în mod fiabil ani de zile.
Acestea sunt câteva dintre marile provocări. Sunt duri, dar nu de netrecut.
Peisajul actual de finanțare
Investițiile de la companiile private la nivel global au crescut – acestea vor continua probabil să fie un factor important care conduce cercetarea în domeniul fuziunii. Companiile private au atras investiții private de peste 7 miliarde USD în ultimii cinci ani.
Mai multe startup-uri se dezvoltă diferite tehnologii și modele de reactoare cu scopul de a adăuga fuziunea rețelei electrice în următoarele decenii. Majoritatea au sediul în Statele Unite, unele în Europa și Asia.
În timp ce investițiile din sectorul privat au crescut, guvernul SUA continuă să joace un rol cheie în dezvoltarea tehnologiei de fuziune până în acest moment. Ne așteptăm să continue acest lucru și în viitor.
Departamentul de Energie al SUA a investit aproximativ 3 miliarde de dolari pentru a construi Instalația Națională de Aprindere la Laboratorul Național Lawrence Livermore la mijlocul anilor 2000unde a avut loc „experimentul secolului” 12 ani mai târziu.
În 2023, Departamentul de Energie a anunțat un program de patru ani, de 42 de milioane de dolari pentru a dezvolta hub-uri de fuziune pentru tehnologie. Deși această finanțare este importantă, probabil că nu va fi suficientă pentru a rezolva cele mai importante provocări care rămân pentru ca Statele Unite să devină lider global în energia de fuziune practică.
O modalitate de a construi parteneriate între guvern și companii private în acest spațiu ar putea fi crearea unor relații similare cu aceasta între NASA și SpaceX. Ca unul dintre NASApartenerii comerciali ai lui, SpaceX primește finanțare atât guvernamentală, cât și privată pentru dezvoltarea tehnologiei care NASA poate folosi. A fost prima companie privată să trimită astronauți la spațiu și la Stația Spațială Internațională.
Alături de mulți alți cercetători, suntem prudenti optimiști. Noile rezultate experimentale și teoretice, noi instrumente și investiții din sectorul privat, toate adaugă sentimentului nostru tot mai mare că dezvoltarea energiei practice de fuziune nu mai este un dacă, ci un când.
Acest articol editat este republicat din Conversația sub o licență Creative Commons. Citiți articol original.
Comentarii recente