V.5.1. Fuziunea nucleară și energia stelelor.

Fuziunea nucleară este procesul de unire a două nuclee ușoare pentru a forma un nucleu mai greu cu eliberarea de energie.

Iată trei exemple de reacții de fuziune care au loc în stelele active și care le asigură enorma energie:

În stele au loc reacții termonucleare de fuziune, care constituie sursa energiei enorme radiate de ele.

Pentru a putea fuziona, nucleele ușoare trebuie să se apropie unul de altul până la o distanță de ordinul 10^-15 m. Datorită forțelor de respingere electrostatică este necesar ca nucleele care fuzionează să aibă viteze și, implicit, energii cinetice foarte mari.

Reacția de fuziune este posibilă doar prin încălzirea hidrogenului la temperaturi de ordinul 150000000 °C. Prin urmare apare problema izolării hidrogenului pentru a se păstra la această temperatură extremă. Provocarea cea mai mare este cum să menții plasma la o temperatură suficient de ridicată pentru ca fuziunea nucleară să aibă loc, însă în același timp la o temperatură suficient de scăzută pentru ca pereții reactorului să nu se topească.

Încă din anul 1950 cercetătorii din numeroase țări (Marea Britanie, America, China, Coreea, Japonia etc.) caută soluții pentru a produce un reactor în care să aibă loc reacția de fuziune a hidrogenului. Mulți au reușit să păstreze temperatura de 150 de milioane °C timp de mai multe minute.

Oamenii de știință din cadrul Laboratorului Lawrence Livermore din California au reușit să realizeze, în premieră în luna decembrie 2022, un experiment de fuziune nucleară în care cantitatea de energie produsă a depășit-o pe cea consumată. Cercetătorii de la NIF au reușit să atingă pentru prima oară punctul de aprindere al unei reacții de fuziune nucleară. Astfel, sistemul de 200 de lasere de 2,05 MJ a aprins combustibilul nuclear și a produs o cantitate de energie de 3,15 MJ, în cadrul unei reacții de fuziune nucleară care a durat o nanosecundă (10^-9 s).

Fuziunea nucleară inerțială implică crearea unei stele mici. Într-o capsulă de diamant de mărimea unui bob de mazăre se întroduc izotopi mai grei ai hidrogenului (deuteriu și tritiu). Capsulă de combustibil este plasată într-un cilindru de aur. Lasere de energii foarte mari sunt focalizate pe capsula cu combustibil, unde sunt transformate în raze X. Aceste raze X implodează capsula de combustibil, încălzind-o și comprimând-o în condiții comparabile cu cele din centrul unei stele, la temperaturi de peste 100 de milioane de grade celsius și presiuni mai mari de 100 de miliarde de atmosfere terestre, transformând combustibilul din capsulă într-o mică bucată de plasmă.

Fuziunea nucleară este considerată o energie a viitorului, în special pentru că ea nu produce gaze cu efect de seră, elimină foarte puține produse reziduale și nu prezintă riscuri de accidente nucleare.

Pentru a produce energie pe baza reacției de fuziune la nivel industrial este nevoie de mai multe decenii de cercetare și implementare comercială.