Cum funcționează energia de fuziune și startup-urile care o urmăresc

Energia de Fuziune: O Căutare de Decenii

De-a lungul decadelor, oamenii au încercat să valorifice puterea stelelor pentru a genera electricitate pe Pământ. Deși acest obiectiv a părut mereu la doar un deceniu distanță, acum mai multe startup-uri sunt mai aproape ca niciodată și se grăbesc să construiască reactoare de fuziune capabile să alimenteze rețeaua electrică.

Startup-urile de fuziune au atras investiții de peste $10 miliarde, cu mai mult de o duzină de companii strângând peste $100 milioane fiecare. În ultimul an, mai multe runde mari de finanțare au fost încheiate, investitorii fiind atrași de cererea crescută de energie din centrele de date și de progresele realizate de startup-urile de fuziune.

Principiile Energiei de Fuziune

La baza sa, energia de fuziune încearcă să utilizeze energia eliberată din fuziunea atomilor pentru a genera electricitate. Oamenii au știut cum să fuzioneze atomi de zeci de ani, de la bomba cu hidrogen — un exemplu de fuziune nucleară necontrolată — până la diversele dispozitive de fuziune construite în laboratoarele din întreaga lume. Dispozitivele experimentale de fuziune au reușit să controleze fuziunea nucleară, iar unul a reușit să genereze mai multă energie decât a fost necesară pentru a declanșa reacția.

Totuși, niciunul dintre ele nu a reușit să producă suficient surplus pentru a face posibilă o centrală electrică.

Tehnici de Confinare Magnetică

Confinarea magnetică este una dintre cele mai utilizate tehnici, folosind câmpuri magnetice puternice pentru a confina plasma, amestecul de particule supraîncălzite care se află în centrul unui dispozitiv de fuziune. Magneții trebuie să fie extrem de puternici. De exemplu, Commonwealth Fusion Systems (CFS) asamblează magneți care pot genera câmpuri magnetice de 20 tesla, de aproximativ 13 ori mai puternice decât un aparat de RMN tipic. Pentru a gestiona cantitatea de electricitate necesară, magneții sunt fabricați din supraconductori de înaltă temperatură, care trebuie răciți la –253˚ C folosind heliu lichid.

CFS construiește în prezent un dispozitiv de demonstrație numit Sparc, pe un calendar mult mai accelerat, în Massachusetts. Compania anticipează că îl va activa spre sfârșitul anului 2026, iar dacă totul merge bine, va începe construcția centralei sale comerciale, Arc, în Virginia, în 2027 sau 2028.

Dispozitive Tokamak și Stellarator

Există două tipuri principale de dispozitive de fuziune care folosesc confinare magnetică: tokamaks și stellarators. Tokamaks au fost teoretizate pentru prima dată de oamenii de știință sovietici în anii 1950 și de atunci au fost studiate pe larg. Tokamaks vin în două forme de bază — o gogoașă cu un profil în formă de D și o sferă cu o gaură mică în mijloc. Joint European Torus (JET) și ITER sunt două tokamaks experimentale notabile; JET a operat în Marea Britanie între 1983 și 2023, în timp ce ITER este așteptat să înceapă operațiunile în Franța la sfârșitul anilor 2030.

Tokamak Energy, cu sediul în Marea Britanie, lucrează la un design de tokamak sferic. Mașina sa experimentală ST40 este în prezent supusă unor modernizări.

Stellarators sunt celălalt tip principal de dispozitiv de confinare magnetică. Sunt similare cu tokamaks în sensul că mențin plasma într-o formă asemănătoare unei gogoși. Dar, spre deosebire de laturile geometrice ale tokamak-ului, stellarators se răsucesc și se întorc. Forma neregulată este determinată prin modelarea comportamentului plasmei și adaptarea câmpului magnetic pentru a lucra cu particularitățile sale, mai degrabă decât să o forțeze într-o formă regulată.

Wendelstein 7-X, un stellarator mare cu bobine supraconductoare modulare, este operat de Institutul Max Planck pentru Fizica Plasmei și funcționează în Germania din 2015. Mai multe startup-uri își dezvoltă, de asemenea, propriile stellarators, inclusiv Proxima Fusion, Renaissance Fusion, Thea Energy și Type One Energy.

Confinare Inerțială și Alte Abordări

Cealaltă abordare principală a fuziunii este cunoscută sub numele de confinare inerțială, care comprimă peleții de combustibil până când atomii din interior fuzionează. Majoritatea designurilor de confinare inerțială folosesc impulsuri de lumină laser pentru a comprima peleții de combustibil. Mai multe fascicule laser trag simultan, iar impulsurile lor de lumină converg asupra peletului de combustibil din toate unghiurile simultan.

Până acum, confinarea inerțială este singura abordare care a depășit un prag cunoscut sub numele de breakeven științific, atunci când reacția eliberează mai multă energie decât a consumat. Aceste experimente au avut loc la National Ignition Facility (NIF) la Lawrence Livermore National Laboratory în California. În mod notabil, măsurătorile pentru a determina breakeven-ul științific nu includ lucruri precum electricitatea necesară pentru a alimenta instalația experimentală.

Cu toate acestea, aproape o duzină de startup-uri văd suficient potențial în confinarea inerțială încât își proiectează reactoare în jurul acesteia. Focused Energy, Inertia Enterprises, Marvel Fusion și Xcimer sunt câteva exemple notabile care folosesc lasere.

Există două companii care nu folosesc lasere, totuși: First Light Fusion, care propune utilizarea pistoanelor, și Pacific Fusion, care intenționează să folosească impulsuri electromagnetice în loc de lasere.

Acestea sunt cele două abordări principale ale energiei de fuziune, deși nu sunt singurele. În curând, vom adăuga mai multe detalii despre designurile alternative, inclusiv fuziunea țintă magnetizată, confinarea magneto-electrostatică și fuziunea catalizată de muoni.