fuziunea_nucleara

= **Fuziunea Nucleara** = Tudor Beatrice

Energia produsa în interiorul Soarelui si al altor stele apare în urma reactiilor de fuziune nucleara. În cazul fuziunii nucleare doi atomi (de obicei izotopi de hidrogen) se unesc dând nastere unuia nou, mai greu (heliu), iar în cadrul acestui proces este eliberata o cantitate uriasa de energie. În momentul in care doi atomi mai usori fuzioneaza dând nastere unuia mai greu, mai masiv, atomul rezultant are masa mai mica decât suma maselor celor doi atomi care i-au dat nastere. Conform ecuatiei lui Einstein, E=mc2, care exprima echivalenta masa-energie, si asemenea cazului fisiunii nucleare, masa lipsa se transforma în energie în cadrul procesului de fuziune nucleara.


 * Generalitati**

Fuziunea nucleara este probabil unica metoda de a produce energie care sa reprezinte o solutie energetica pe termen lung pentru planeta noastra. Energiile alternative de tipul celei eoliene, geotermale, solare etc. nu detin nici pe departe potentialul pe care fuziunea nucleara îl prezinta. Centralele nucleare ce ar urma sa produca energie prin fuziune nucleara ar prezenta si avantajul ca ar fi foarte sigure, negeneratoare de deseuri radioactive (spre deosebire de centralele atomoelectrice actuale, bazate pe fisiunea uraniului sau altor elemente produse pe cale artificiala,) si ar fi, de asemenea, nepoluante, aspect extrem de important în contextul încalzirii globale. Combustibilul necesar fuziunii nucleare ar fi si extrem de simplu de procurat, fiind disponibil oriunde în lume. Cel mai important aspect ar fi totusi randamentul unei asemenea reactii nucleare, mult superior tuturor celorlalte imaginate si puse în practica pâna acum de civilizatia umana. De exemplu, energia rezultata în urma fuziunii deuteriu-tritiu (cea mai usor de realizat dpdv practic reactie de fuziune nucleara, unde deuteriul si tritiul sunt 2 izotopi ai hidrogenului) ar fi de 400 de ori mai mare decât necesarul de introdus în sistem pentru a genera reactia de fuziune.


 * Cum ar putea produce si întretine oamenii o reactie de fuziune nucleara ?**

Pentru a da nastere unei reactii de fuziune nucleara, cele doua particule care vor fuziona trebuie sa-si piarda electronii si sa fie accelerate la viteze deosebit de mari. Pentru a preveni respingerea reciproca a celor doi nuclei încarcati pozitiv astfel rezultati, temperatura particulelor este ridicata la valori de câteva ori mai mari decât temperatura de la suprafata Soarelui. În practica, temperatura devine atât de ridicata încât particulele trec din starea lor de agregare naturala, cea gazoasa, într-o alta, numita plasma. Dupa fuziune nucleii elibereaza cantitati uriase de energie pierzând astfel din masa initiala. Una dintre cele mai mari probleme întâmpinate astazi în cadrul experimentelor legate de fuziunea nucleara este controlul plasmei si pastrarea si izolarea acesteia într-un spatiu închis si sigur.


 * Care sunt metodele actuale de control si izolare a plasmei în timpul reactiilor termonucleare?**

Exista actualmente trei metode de control al plasmei pe perioada reactiei de fuziune nucleara. Prima se foloseste de un câmp magnetic foarte puternic în vederea protejarii materialelor din interiorul reactorului si pentru prevenirea scurgerilor de plasma. A doua metoda presupune un tip de control inertial, bazat pe mentinerea coeziunii plasmei prin bombardarea cu multiple raze laser a camerei reactorului (cazul Nova Laser). A treia metoda foloseste gravitatia, dar singurele reactoare capabile sa functioneze pe acest principiu sunt cele naturale – doar Soarele si celelalte stele au fost pâna în prezent capabile sa controleze plasma în acest mod.

Dezvoltarea experimentala a reactoarelor de fuziune nucleara controlata este o sarcina extrem de dificila. Poate cea mai promitatoare tehnica dezvoltata pâna în prezent poarta numele de tokamak, rezultatul practic al cercetarilor fizicianului rus Lev Artsimovich (1909-1973) din anii ’50. Denumirea “tokamak” este un acronim pentru “camera toroidala cu câmp magnetic”. Într-un tokamak, nucleii sunt prinsi în mijlocul unui cîmp magnetic de forma toroidala (vezi figura). Aceasta forma a camerei reactorului împiedica particulele sa scape din câmpul magnetic, readucându-le “în mijlocul actiunii” atunci când au tendinta sa scape câmpului magnetic.
 * Ce este tokamak–ul ?**

Laser-ul Nova, din cadrul laboratorului Lawrence Livermore, este cel mai puternic laser din lume. Acesta directioneaza zece raze laser spre centrul camerei reactorului, dând nastere unei reactii de fuziune la nivelul mostrei de combustibil folosite. Pâna în prezent laserul a fost folosit în cercetarea legata de armele nucleare si exista sperante ca Nova va ajuta fizicienii sa obtina rezultate spectaculoase în domeniul energiei nucleare.
 * Ce este Nova Laser-ul ?**


 * Din moment ce un obstacol major în calea fuziunii nucleare este reprezentat de controlul plasmei, a reusit cineva sa genereze o reactie de “fuziune la rece” ?**

În martie 1989, doi oameni de stiinta, Stanley Pons si Martin Fleischmann au devenit peste noapte celebri în momentul în care au anuntat ca au reusit sa genereze în laborator o reactie de fuziune nucleara “la rece”. Fuziunea la rece ar elimina din ecuatie problematica izolarii plasmei, ar duce la economisirea unor sume importante de bani si ar reprezenta, teoretic, o sursa de energie nelimitata pentru întreaga omenire. Desi descoperirea lor a sunat extraordinar, alti oameni de stiinta nu au reusit reproducerea experimentelor descrise de Pons si Fleischmann. Faima si admiratia de care s-au bucurat cei doi la momentul anuntului s-a trasformat curând în dezamagire generala.


 * Cand va beneficia populatia planetei de energia obtinuta prin fuziune nucleara ?**

Desi energia obtinuta prin fuziune nucleara ar fi practic nelimitata, costul imens al aducerii atomilor în starea de plasma o transforma într-o solutie nerentabila pentru moment din punct de vedere economic. În orice caz, multi oameni de stiinta cred si sustin cu tarie ca în urmatorii 40-50 de ani umanitatea îsi va asigura majoritatea necesarului energetic pe baza fuziunii nucleare. Si acesta este un aspect deosebit de important, chiar vital pentru supravietuirea umanitatii, din moment ce aceiasi oameni de stiinta sustin ca în aproximativ 100 de ani vom fi epuizat toate resursele de energie conventionala ale planetei. Miliarde de dolari si imense resurse umane si de timp au fost investite pentru dezvoltarea unor noi metode de obtinere a fuziunii nucleare. În cele din urma, ca întotdeauna, stiinta va gasi o cale…


 * Fuziunea nucleara cu laser**

Un proiect multinational, condus de cercetatori britanici, are drept tel de a reproduce reactia fizica ce are loc în inima Soarelui si a oricarei alte stele din Univers, fuziunea nucleara, cu ajutorul unui laser foarte puternic. Daca proiectul are succes, avem potentialul de a rezolva criza energetica a omenirii fara a distruge mediul înconjurator.

Cercetatorii recunosc faptul ca un reactor comercial este departe de a fi construit, dar ei cred ca modalitatea de a folosi laserul pentru a crea fuziunea promite mult. Uniunea Europeana considera finantarea unui proiect pe sapte ani numit HiPER – High Powered Laser Energy Research (Cercetarea pentru energie produsa cu ajutorul laserelor de mare putere)– ce va trebui sa construiasca un reactor demonstrativ functional. Numai pregatirea acestui proiect realizat de o colaborare între 11 natiuni este asteptat sa coste peste 50 milioane de euro (34 milioane de lire sterline). De fapt, doar construirea reactorului costa peste jumatate de miliard de euro.

Acest proiect condus de britanici, si care este considerat prioritate de Uniunea Europeana, este dorit sa depaseasca proiectul american National Ignition Facility (Nif) din Livermore, California. Când acesta va fi construit în anul 2010, fizicienii sunt încrezatori ca laserul Nif va fi destul de puternic sa porneasca o reactie de fuziune. Experimente cu explozii nucleare subterane din desertul Nevada în anii 80 au aratat deja de câta energie vor avea nevoie pentru a fi transportata prin intermediul laserului.

Mike Dunne, directorul Central Laser Facility, institut public de cercetare cu fonduri din Oxfordshire, Marea Britanie, care gazduieste cel mai puternic laser din lume, numit Vulcan, a spus: „Lumea va lua nota atunci când aceasta se va întâmpla. Politicienii se vor uita în jur si vor spune: „Ce veti face cu acest lucru? Care este umatorul pas?”. În acest mod se trece de la demonstratie stiintifica la o realitate comerciala”.

Profesorul Dunne a spus ca multe din detaliile testelor nucleare sunt înca secrete, “dar singurul lucru care conteaza pentru noi ca oameni de stiinta în domeniul energiei este ca functioneaza (n.t. adica s-a produs fuziune nucleara cu ajutorul exploziilor cu fisiune nucleara, prin bombe atomice). Întrebarea care se pune acum este daca putem obtine fuziune nucleara si fara ajutorul unei bombe atomice. Experimentul Nif a fost construit tocmai pentru a realiza acest lucru.

Probleme: Cea mai mare provocare va fi construirea unui laser destul de puternic care poata sa pulseze destul de repede. Cele mai puternice lasere din lume necesita câteva minute de reîncarcare pentru a pulsa înca o data. Un reactor de fuziune cu laser va trebui sa pulseze de cateva ori pe secunda. Cercetatorii vor trebui de asemenea sa conceapa materiale destul de rezistente la bombardarea efectuata de laser.

{International Thermonuclear Experimental Reactor}
 * ITER**


 * Caracteristici**

Combustibilul de baza va fi deuteriul D (izotop al hidrogenului) si Litiul, iar produsul care rezulta va fi Heliu (acesta nu este radioactiv); Ca si combustibil intermediar rezulta Tritiul T (un alt izotop al hidrogenului); acesta emite radiatii ß. Particula ß emisa are energie mica (nu poate srapunge o foaie de hârtie) dar inhalarea T este periculoasa. Tritiul se formeaza chiar în camera de ardere si nu este necesara manipularea sau depozitarea sa. Consumul de combustibil al centralei va fi extrem de mic. Comparatie: o centrala cu puterea de 1 Gw va consuma 100g deuteriu si 3 tone de Litiu anual, fara emisii poluante producând 7 miliarde Kwh. Pentru comparatie, aceeasi energie poate fi furnizata de o centrala pe carbune care ar consuma 1,5 milioane tone de combustibil si care ar elimina 4-5 milioane tone CO2.

Aici are loc cel mai mare experiment de supraconductivitate la fuziune, “TORE-SUPRA”, realizat de Centrul National de Cercetari CEA FRANTA Franta are o legislatie foarte bine pusa la punct pentru instalatii si experimente de mare anvergura. Cadarache este în imediata apropiere a unuia dintre marile orase ale Frantei si, deci, ofera multe avantaje oamenilor de stiinta si tehnicienilor care vor activa în cadrul proiectului.
 * Amplasare**

Total fusion power 500 MW (700MW) Q = fusion power/auxiliary heating power =10 Average neutron wall loading 0.57 MW/m2 (0.8 MW/m2) Plasma inductive burn time = 300 s Plasma major radius 6.2 m Plasma minor radius 2.0 m Plasma current (Ip) 15 MA (17.4 MA) Vertical elongation @95% flux surface/separatrix 1.70/1.85 Triangularity @95% flux surface/separatrix 0.33/0.49 Safety factor @95% flux surface 3.0 Toroidal field @ 6.2 m radius 5.3 T Plasma volume 837 m3 Plasma surface 678 m2 Installed auxiliary heating/current drive power 73 MW (100 MW)
 * Parametrii reactorului**
 * JET si Romania**

Romania participa activ la cercetarile de fuziune ce se desfasoara la Joint European Torus (JET) de la Culham, Marea Britanie. Oamenii de stiinta romani, impreuna cu cei din intreaga Europa si din alte state ale lumii, investigheaza fuziunea nucleara controlata ca o sursa de energie curata, sigura si practic nelimitata de care vor beneficia generatiile viitoare.

Fuziunea nucleara este sursa de energie a stelelor si, in particular, a Soarelui. Pentru a genera energia de fuziune pe Pamant, plasma (un gaz complet ionizat) trebuie incalzita si mentinuta la temperaturi foarte inalte. Instalatia JET reprezinta unul dintre sistemele experimentale de fuziune din lume unde fizicienii si inginerii dezvolta tehnici pentru producerea, confinarea si caracterizarea plasmelor cu temperaturi de sute de milioane de grade.

Instalatia JET reprezinta cel mai mare sistem de cercetare pentru fuziune din lume. JET este unic si prin faptul ca permite functionarea cu tritiu, combustibilul pentru viitorul reactor de fuziune. Instalatia JET detine de asemenea recordul mondial in ceea ce priveste energia generata prin procesul de fuziune, la o putere de 16 MW. Instalatia JET este sistemul de fuziune ideal pentru testarea in conditii realiste, corespunzatoare reactorului de fuziune, atat a materialelor expuse interactiei cu plasma cat si a prototipurilor pentru sistemele de incalzire si diagnosticare a plasmei.

Programul stiintific desfasurat la JET, ca si intregul efort european de cercetare in domeniul fuziunii, este implementat si coordonat de EFDA (European Fusion Development Agreement, sau Acordul European pentru Dezvoltarea Fuziunii). Membrul asociat al EFDA in Romania este Ministerul Educatiei si Cercetarii (MEdC).

media type="youtube" key="Hmtto9HnLQA" height="295" width="480" media type="youtube" key="vDAZsPkTkMM" height="344" width="425" media type="youtube" key="fZDeJrFxd3E" height="344" width="425"


 * Hybrid-ul Nuclear**




 * Bibliografie**

fuziunea nucleara http://www3.fizicaparticulelor.ro/index.php?option=com_content&task=view&id=238&Itemid=48 http://www.energienucleara.go.ro http://www.didactic.ro/files/4/reactorulfuziune.ppt http://www.epochtimes-romania.com/articles/2009/05/article_37872.html http://www.scientia.ro/stiinta-la-minut/54-scintilatii-stiintifice-fizica/106-fuziunea-nucleara.html http://www.jet.efda.org/pages/efda/participation/romania.html Hybrid Nuclear https://lasers.llnl.gov/missions/energy_for_the_future/life/ http://en.wikipedia.org/wiki/Hybrid_Nuclear_Fusion