Un pas important în ştiinţă. Cercetătorii confirmă: Aprinderea prin fuziune este posibilă

La 8 august 2021, oamenii de ştiinţă au construit un laser imens şi au concentrat toate cele 192 de fascicule de lumină ale sale asupra unei capsule de hidrogen de mărimea unei bile pentru pistol cu aer comprimat.

Atunci când 192 de raze laser se concentrează pe o suprafaţă de această dimensiune, se creează temperaturi de peste 100 de milioane de grade şi o presiune de peste 100 de miliarde de ori mai mare decât cea a atmosferei Pământului - generând condiţii similare cu cele ale unei stele.

Scopul este de a crea un cadru pentru a declanşa o fuziune viitoare, astfel încât oamenii de ştiinţă încearcă, în esenţă, să creeze mini-stele şi, posibil, o formă inepuizabilă de energie verde.

Mai mult, la 8 august 2022, trei lucrări revizuite de colegi au confirmat ceea ce cercetătorii de mai sus ştiau de anul trecut.

Declanşarea fuziunii într-un laborator este posibilă, lucru pe care oamenii de ştiinţă au încercat, şi nu au reuşit, să îl confirme încă din anii 1950.

În cadrul experimentului, cercetătorii din laboratoarele menţionate au înregistrat un randament de peste 1,3 megajouli (MJ) în mai puţin de 4 miliardimi de secundă.

Asta înseamnă zece cvadrilioane de waţi de energie de fuziune, de aproximativ 700 de ori mai mare decât capacitatea de generare a întregii reţele electrice americane.

Mai important, Omar Hurricane, cercetător-şef pentru programul de fuziune cu izolare inerţială de la Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), a declarat despre acest experiment: "Recordul a reprezentat un progres ştiinţific major în cercetarea în domeniul fuziunii, care stabileşte că declanşarea fuziunii în laborator este posibilă la National Ignition Facility (NIF) - un laborator laser de cercetare de înaltă energie din cadrul LLNL.

"Atingerea condiţiilor necesare pentru aprindere a fost un obiectiv de lungă durată pentru toate cercetările privind fuziunea prin izolare inerţială şi deschide accesul câtre un nou regim experimental în care autoîncălzirea particulelor alfa depăşeşte toate mecanismele de răcire a plasmei de fuziune", a adăugat Hurricane.

Cu alte cuvinte, pentru o scurtă perioadă de timp, cercetătorii au atins temperatura necesară pentru a susţine reacţia de fuziune, a depăşi problemele de încălzire şi, de asemenea, toate mecanismele de pierdere (procesele fizice care răcesc plasma de fuziune).

Cu toate că echipa nu a reuşit să producă aceleaşi randamente de fuziune de la experimentul din 2021, a reuşit să obţină randamente în intervalul 430-700 kilojoule (un kJ este egal cu 1.000 de Jouli, iar un MJ este echivalent cu 1.000.000 J).

Mai mult, încercările repetate le-au permis cercetătorilor să compare datele obţinute în urma experimentelor, oferind indicii despre "ce a mers bine şi ce schimbări sunt necesare pentru a repeta acel experiment şi a depăşi performanţele sale în viitor".

"Este extrem de interesant să avem o 'dovadă' a aprinderii în laborator. Operăm într-un regim la care niciun cercetător nu a mai avut acces de la sfârşitul testelor nucleare şi este o oportunitate incredibilă de a ne extinde cunoştinţele pe măsură ce continuăm să facem progrese", a declarat Hurricane.

Obţinerea "aprinderii"

Pentru a realiza fuziunea prin izolare inerţială, oamenii de ştiinţă trebuie mai întâi să îndeplinească aşa-numitul criteriu Lawson.

În termeni simpli, criteriul Lawson este similar cu ceea ce se întâmplă atunci când un incendiu creează suficientă căldură pentru a se răspândi de la sursa iniţială de combustibil la zona din jurul său.

În acest caz, căldura (energia) focului este suficientă pentru a provoca o reacţie în lanţ.

Scopul aprinderii prin fuziune este similar, deşi la o scară mult mai mare şi mai complicată.

Potrivit APS Physics, o reacţie de fuziune poate avea loc doar într-un gaz fierbinte, ionizat (plasmă), la temperaturi care depăşesc 100 de milioane de grade.

Atingerea unei astfel de temperaturi şi apoi menţinerea acesteia în condiţii de izolare suficient de mult timp pentru a crea o reacţie în lanţ reprezintă o provocare. Din exemplul dat mai sus al incendiului, dacă energia acestuia se disipă înainte de a încălzi zona înconjurătoare, focul nu se va răspândi, astfel că nu va provoca o reacţie în lanţ.

În cazul fuziunii, două nuclee de hidrogen se ciocnesc cu suficientă forţă pentru a fuziona, creând un singur nucleu mai greu de heliu. Acest lucru produce o cantitate semnificativă de energie (căldură).

"Aprinderea" are loc atunci când procesul de mai sus devine o buclă de feedback termodinamică auto-susţinută, cu o temperatură în creştere rapidă - când energia/căldura din fuziune este suficientă pentru a depăşi factorii care determină răcirea şi pentru a continua să forţeze nucleele de hidrogen să se unească fără forţe externe (cum ar fi razele laser).

Este important de menţionat că fuziunea atomilor de hidrogen eliberează de aproape patru milioane de ori mai multă energie decât o reacţie chimică, cum ar fi arderea petrolului, a gazului sau a cărbunelui.

În plus, "aprinderea" este o reacţie autosusţinută care nu necesită combustibili fosili, iar produsul secundar este heliul (un gaz inert, netoxic, inofensiv).