Energia de fuziune

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Termenul de energie de fuziune definește energia , sub formă utilizabilă (de obicei sub formă de energie electrică ), obținută dintr-o reacție de fuziune nucleară .
Termenul este de obicei folosit pentru a indica o reacție de fuziune nucleară obținută artificial și într-un mod controlat. Cu toate acestea, există multe surse de energie care utilizează fuziunea nucleară. Soarele , de exemplu, este un reactor nuclear natural. Energia produsă prin procesul de fuziune nucleară care are loc în miezul său poate fi colectată pe pământ prin module fotovoltaice sau prin conversia directă a radiației solare în căldură cu așa-numitul solar termodinamic. Aceeași energie permite evaporarea apelor marine și formarea norilor . Multe experimente privind fuziunea nucleară sunt în curs de desfășurare, dar încă nu a fost implementat niciun sistem care să poată genera și exploata energia de fuziune într-un mod avantajos și sigur.

Noțiuni de bază

Într-o reacție de fuziune nucleară, doi nuclei atomici sunt forțați să se combine între ei pentru a forma un singur nucleu.
Acest lucru necesită o cantitate mare de energie, puțin mai mică decât suma maselor inițiale ale celor două nuclee de pornire.
În timpul fuziunii nucleare, această diferență de masă se transformă în energie, urmând celebra echivalență dintre masă și energie definită de Einstein : E = mc² (unde E este energia, m masa și c viteza luminii în vid ).
Nucleii atomilor mai ușori pot fi fuzionați mai ușor împreună (cel mai mic este repulsia electromagnetică care trebuie depășită în timpul apropierii). Din acest motiv, hidrogenul , cel mai răspândit element din univers , este considerat cel mai bun combustibil nuclear.
Energia care poate fi obținută din fuziunea a doi izotopi de hidrogen precum deuteriul și tritiul este semnificativ mai mare decât energia necesară pentru a începe procesul de fuziune. De asemenea, din acest motiv, fuziunea de deuteriu și tritiu este în prezent centrul multor cercetări asupra fuziunii controlate. Cu toate acestea, aceasta nu este singura fuziune posibilă (cel puțin teoretic) de obținut într-un mediu controlat.
Unele posibile fuziuni în curs de examinare ar face posibilă chiar evitarea emisiilor de neutroni în timpul procesului de fuziune ( combustibili aneutronici ). Un flux de neutroni produs prin fuziune ar putea duce la poluarea radioactivă a componentelor reactorului, așa cum este deja cazul reactoarelor care exploatează procesul de fisiune nucleară .
Cu toate acestea, primul pas pentru cercetarea în acest domeniu implică construirea unui reactor nuclear capabil să genereze fuziunea controlată a deuteriului și tritiului.

Utilizarea comercială a reactoarelor de fuziune

Fuziunea nucleară este considerată de mulți ca soluția pe termen lung a problemelor energetice ale Pământului.
Unele dintre beneficiile utilizării acestei tehnologii sunt:

  • Combustibilul (hidrogenul) este practic inepuizabil și este disponibil pentru toate națiunile care au o ieșire pe mare. Deuteriul poate fi extras din apă, deși cu costuri energetice considerabile; de exemplu, un deget plin de deuteriu este echivalent cu 20 de tone de cărbune din punct de vedere energetic. Un lac de dimensiuni medii conține suficient deuteriu pentru a furniza energie unei națiuni timp de secole folosind fuziunea nucleară (presupunând, desigur, să o exploateze pe toate). Reactoarele experimentale actuale și reactoarele de putere ipotetice de primă generație utilizează un amestec de deuteriu-tritiu (DT) drept combustibil, a cărui producție necesită utilizarea unui metal disponibil pe scară largă [ fără sursă ] , litiu . Reactoarele de a doua generație vor funcționa numai pe deuteriu (DD).
  • Nu există șanse de accidente precum accidentele de la Cernobil sau Three Mile Island, deoarece reactorul nu conține substanțe radioactive precum uraniu sau deșeuri de fisiune. Cu toate acestea, alte accidente, cum ar fi scurgerile de tritiu sau scurgerile de lichid de răcire, nu pot fi excluse.
  • Nu există produse chimice din combustie ( dioxid de carbon de exemplu) ca reziduu eliberat în atmosferă și aproape nici o contribuție la încălzirea globală.
  • Imposibilitatea utilizării reactoarelor pentru producerea de materiale în scopuri de război sau teroriste
  • Nivel scăzut de radioactivitate reziduală și producție de substanțe cu o durată medie de viață scurtă (timp în care radioactivitatea este redusă rapid). În timpul fuziunii DT, o parte din neutronii emiși face ca recipientul reactorului să fie radioactiv (factor critic atunci când reactorul este dezafectat), dar această radioactivitate poate fi redusă foarte mult prin utilizarea de materiale cu activare redusă , adică insensibilă la devenirea radioactivă. Aceste materiale pot avea o durată medie de viață (adică un timp de reducere a pericolului lor) de câteva zeci de ani, în timp ce cea a deșeurilor radioactive din reactoarele de fisiune este de mii de ani. Soluția la această problemă, adică producția de materiale care nu pot fi activate , include crearea de substanțe cu o compoziție chimică neobișnuită, care va trebui supusă unor experimente îndelungate, ținând cont că compoziția chimică are repercusiuni asupra mecanicii proprietăți și, prin urmare, asupra rezistenței, unele materiale.

Una dintre îndoielile încă nerezolvate este dacă producția de energie prin fuziunea nucleară este competitivă din punct de vedere economic în comparație cu alte sisteme. Acest lucru se datorează faptului că, în fața unui combustibil extrem de răspândit și disponibil (hidrogen), investițiile pentru construirea unui reactor de fuziune ipotetic și a centralelor de producție a combustibilului (atât DT, cât și DD) sunt estimate a fi foarte mari. De asemenea, este adevărat că, în cazul combustibililor fosili, alte tipuri de „costuri” trebuie adăugate la costurile economice pure, cum ar fi tensiunile internaționale, războaiele care decurg din controlul surselor de combustibil sau impactul asupra mediului.

Proiecte

Din păcate, în ciuda optimismului generat în anii 1950 cu prognoza de a vedea construirea primelor reactoare în câțiva ani, există încă bariere considerabile între cunoștințele științifice și capacitățile tehnologice, bariere care pun dubii asupra posibilității practice de a exploata această formă de energie, dar în ciuda dificultăților considerabile, cercetarea continuă. O problemă majoră nerezolvată este găsirea unui material capabil să reziste fluxului intens de neutroni generat în reacția de fuziune, un flux estimat a fi de 100 de ori mai mare decât cel produs de reactoarele de fisiune de tip PWR . Studiul acestor materiale este în prezent ( 2005 ) încă în stadiile incipiente.

Această situație a însemnat că în jurul anilor nouăzeci s-a acordat o mare importanță unor știri privind posibilitatea obținerii fuziunii nucleare la temperaturi scăzute, așa-numita fuziune rece . Cercetările ulterioare efectuate de numeroase universități , inclusiv cele italiene , nu au condus însă la rezultate definitive sau la prognoze consistente ale utilizărilor concrete.

Uniunii Europene i- a fost acordat proiectul ITER pentru a dezvolta primul reactor de fuziune funcțional. Franța a învins Japonia în cursa pentru câștigarea șantierului, susținută de Rusia , China și UE însăși. Locația aleasă va fi Cadarache , în sudul țării.

Italia studiază, de asemenea, posibilitatea construirii unui reactor experimental de fuziune nucleară cu izolare magnetică. Proiectul în cauză se numește IGNITOR și a fost realizat de ENEA ; construcția sa nu a început încă.

Elemente conexe

Alte proiecte