În laboratoarele de fuziune de la Culham, Regatul Unit modernizează un tokamak sferic conceput să încălzească, să comprime și să răsucească un gaz supraîncins până când acesta dezvăluie cum ar putea funcționa, în mod real, viitoarele centrale electrice pe fuziune.
O nouă etapă pentru principala mașină de fuziune a Marii Britanii
La sfârșitul lui 2025, Mega Amp Spherical Tokamak Upgrade din Regatul Unit - prescurtat, din fericire, MAST Upgrade - și-a început a cincea campanie științifică majoră la campusul Culham, lângă Oxford. Pentru UK Atomic Energy Authority (UKAEA), asta înseamnă șase luni intense în care aproape fiecare secundă de funcționare contează.
Peste 200 de oameni de știință din aproximativ 40 de institute din întreaga lume vor împărți timpul pe mașină. Obiectivul lor: să ruleze circa 950 de „impulsuri” (pulsuri) de plasmă, fiecare durând doar câteva secunde, în interiorul camerei de vid a tokamakului.
Acele secunde par neînsemnate. Nu sunt. În timpul fiecărui puls, presiunea, temperatura și turbulența plasmei împing chiar până la limitele a ceea ce pot suporta vasul și magneții.
MAST Upgrade nu urmărește să alimenteze rețeaua; există pentru a supune fizica plasmei unor teste dure, astfel încât viitoarele centrale pe fuziune să evite greșeli costisitoare.
În loc să vâneze recorduri de putere, această mașină funcționează mai degrabă ca un antrenor nemilos pentru plasmă. Caută punctele slabe, provoacă instabilități, apoi măsoară cu detalii extreme cum răspunde gazul clocotitor la condiții magnetice și termice violente.
Dublarea puterii: noi moduri de a „tortura” plasma
Unde Electron Bernstein: încălzire din interior
Această a cincea campanie nu este doar „mai mult din același lucru”. Inginerii adaugă o serie de modernizări care ridică nivelul de dificultate pentru plasmă și, crucial, pentru sistemele de control care trebuie s-o țină sub control.
Cea mai vizibilă noutate este un nou sistem de încălzire cu Unde Electron Bernstein (EBW). În loc să tragă particule neutre direct în plasmă, acest sistem trimite unde de radiofrecvență atent ajustate, care se cuplează cu electronii din gazul fierbinte.
Fiind o încălzire fără contact, EBW poate injecta energie adânc în plasmă densă, acolo unde microundele convenționale au dificultăți. Asta le permite cercetătorilor să modeleze mult mai precis profilele de temperatură.
Sistemul Electron Bernstein acționează ca un arzător telecomandat, vărsând căldură în miezul plasmei fără să „perforeze” plasma.
Acest tip de încălzire țintită contează pentru reactoarele viitoare. Temperaturile neuniforme sau profilele de presiune prost formate pot declanșa instabilități care prăbușesc plasma sau o izbesc de pereți, deteriorând componente.
Noi fascicule neutre, plasme mai fierbinți și mai dense
Pe lângă EBW, MAST Upgrade va primi două noi injectoare de fascicul neutru între 2026 și 2027. Fasciculele neutre sunt un cal de povară al fuziunii: atomi de înaltă energie lansați ca niște gloanțe în plasmă, unde își transferă energia prin ciocniri.
Cu noile injectoare, puterea totală de încălzire a MAST Upgrade se dublează aproximativ. Asta deschide calea către:
- Temperaturi ale plasmei mai ridicate, mai aproape de condițiile unui reactor comercial
- Densitate mai mare a plasmei, care crește rata reacțiilor de fuziune
- Teste mai extreme ale stabilității și ale comportamentului la margine (edge)
Putere mai mare nu înseamnă doar „mai fierbinte”. Transformă fiecare experiment într-un test mai dur pentru divertor, magneți și algoritmii de control. Exact asta își dorește UKAEA înainte ca Regatul Unit să angajeze miliarde într-o stație electrică prototip.
Teren de antrenament pentru prima centrală de fuziune a Regatului Unit
MAST Upgrade este legat direct de programul STEP al Regatului Unit (Spherical Tokamak for Energy Production), care își propune să construiască un prototip de centrală pe fuziune conectat la rețea în anii 2040. Spus direct: ce supraviețuiește pe MAST are șanse să supraviețuiască în STEP.
Această conexiune schimbă atmosfera la Culham. Nu mai e vorba doar de publicarea de lucrări academice. Fiecare „glitch” sau surpriză din interiorul MAST Upgrade se poate traduce în ajustări de proiectare pentru viitoarea centrală, evitând reproiectări dureroase mai târziu.
Cercetarea în fuziune rareori sare înainte printr-un singur experiment miraculos; progresul vine din a trece prin mii de pulsuri și a învăța unde realitatea refuză să se potrivească teoriei.
În acest sens, MAST Upgrade este atât un instrument științific, cât și un instrument de reducere a riscului pentru unul dintre cele mai scumpe pariuri din politica energetică a Regatului Unit.
Patru bătălii-cheie în interiorul tokamakului
Împingerea presiunii fără pierderea controlului
În această campanie, cercetătorii și-au stabilit patru obiective de bază. Primul este să ruleze plasme la presiune mai mare, deoarece puterea de ieșire a fuziunii crește aproximativ cu pătratul presiunii. Capcana: presiunea mai mare face plasma mai instabilă.
Echipele vor ajusta atent câmpurile magnetice, profilele de încălzire și injecția de particule pentru a crește presiunea, menținând în același timp confinarea plasmei. Datele din aceste runde intră direct în modele pentru STEP și pentru alte tokamakuri sferice studiate la nivel mondial.
Stabilitate versus deteriorare
Al doilea punct central este stabilitatea și controlul. O coloană de plasmă se poate deplasa brusc, poate face o „cârligare” (kink) sau se poate dezintegra într-un eveniment numit disrupție. Acesta poate arunca energie pe pereți, amenințând integritatea structurală a dispozitivului.
În campania anterioară, MAST Upgrade a reușit o premieră mondială: a folosit bobine magnetice 3D pentru a controla forma și comportamentul plasmei în timp real. În această nouă fază, cercetătorii vor împinge aceste tehnici mai departe, provocând deliberat instabilități și încercând apoi să le suprime înainte să crească.
Divertorul: locul unde lovesc căldura și particulele
Al treilea câmp de luptă este divertorul, regiunea unde evacuarea plasmei - căldura și particulele - este ghidată către suprafețe special blindate. În orice centrală viitoare, divertorul suportă unele dintre cele mai brutale condiții de pe Pământ.
MAST Upgrade folosește un divertor inovator de tip „super-X”, care întinde liniile de câmp magnetic și distribuie căldura pe o arie mai mare. Asta ar putea face posibile centrale mai mici și mai compacte, reducând încărcarea termică asupra componentelor.
Dacă acest concept funcționează la scară, ar putea influența modul în care sunt configurate STEP și alte tokamakuri sferice, reducând potențial costurile și simplificând mentenanța.
Gemeni numerici și modele predictive
A patra direcție este digitală: îmbunătățirea modelelor care prezic cum se va comporta plasma înainte ca cineva să apese butonul de pornire.
Oamenii de știință rulează simulări complexe pe supercomputere, apoi le compară puls cu puls cu realitatea din interiorul MAST Upgrade. Fiecare nepotrivire scoate la iveală goluri în modelele fizice, fie în turbulență, fie în comportamentul la margine, fie în interacțiunea cu divertorul.
Scopul este un „geamăn numeric” al mașinii - o simulare suficient de precisă încât inginerii să poată testa scenarii în software cu mult înainte de a risca hardware real.
Cum se încadrează MAST Upgrade în cursa globală a fuziunii
MAST Upgrade nu funcționează în izolare. Se încadrează într-un ecosistem aglomerat de experimente de fuziune, fiecare cu o specializare diferită.
| Instalație | Țara | Rol principal |
|---|---|---|
| ITER | Franța (internațional) | Să demonstreze câștig net de energie din fuziune la scară mare |
| JT‑60SA | Japonia / Europa | Să sprijine ITER și să testeze plasme de durată lungă |
| WEST | Franța | Să testeze componente din tungsten și rezistența divertorului |
| EAST | China | Să ruleze pulsuri foarte lungi, la temperaturi înalte |
| DIII‑D | Statele Unite | Control avansat, modelare și metode AI |
| MAST Upgrade | Regatul Unit | Fizică de tokamak sferic și divertori noi |
WEST din Franța, de exemplu, se concentrează pe materiale și supraviețuirea hardware-ului. Lovește componentele din tungsten cu expuneri lungi la plasmă pentru a vedea dacă pot rezista condițiilor de tip centrală electrică. MAST Upgrade, în schimb, se concentrează pe performanță și control într-o geometrie compactă.
Împreună cu dispozitive precum EAST din China și stellaratorul Wendelstein 7-X din Germania, acestea formează un mozaic de strategii paralele. Guvernele rulează, practic, mai multe „opțiuni” de fuziune în paralel, în cazul în care o cale se dovedește mai realizabilă sau mai accesibilă decât alta.
Ce este, de fapt, un tokamak sferic
Termenul „tokamak sferic” sună futurist, dar ideea este destul de simplă. Comparativ cu forma clasică de gogoașă a ITER sau JET, un tokamak sferic arată mai mult ca un măr cu cotor - un inel mult mai strâns în jurul unei coloane centrale.
Această geometrie compactă poate, în teorie, obține o confinare magnetică puternică cu magneți mai mici. Asta ridică speranța unor reactoare mai rapide și mai ieftine. Compromisul: ingineria devine mai înghesuită, mai ales în jurul coloanei centrale, unde magneții, răcirea și suporturile structurale trebuie să încapă toate împreună.
MAST Upgrade există parțial pentru a afla dacă beneficiile acestei geometrii depășesc durerile de cap atunci când treci de la experiment la proiectare industrială.
Riscuri, promisiuni și cum ar putea arăta succesul
Indiferent cât de puternic devine „monstrul” de la Culham, nu există garanția că fuziunea va ajunge la timp pentru a îndeplini obiectivele climatice. Costurile ar putea rămâne încăpățânat de mari, sau materialele ar putea ceda mai repede decât se așteaptă sub bombardamentul de neutroni. Tehnologiile concurente - fisiune avansată, extinderi masive de regenerabile, stocare pe durată lungă - avansează și ele rapid.
Totuși, o centrală electrică funcțională pe tokamak sferic ar remodela sistemele energetice. Ar furniza energie controlabilă, cu emisii reduse de carbon, cu cerințe minime de combustibil și cu deșeuri radioactive cu viață lungă limitate, comparativ cu reactoarele de fisiune de azi.
Într-un scenariu plauzibil pentru anii 2040 și 2050, o țară precum Regatul Unit ar putea opera câteva stații de fuziune ca centrale „ancoră”. Ele ar putea susține flotele de eoliene offshore, ar interveni în perioadele de acalmie de iarnă de mai multe zile și ar stabiliza rețelele care se bazează puternic pe regenerabile variabile.
Pentru cititorii mai puțin familiarizați cu jargonul, trei termeni conturează miza:
- Plasmă: un gaz atât de fierbinte încât electronii se separă de nuclee, făcându-l sensibil la câmpuri magnetice.
- Confinare: cât de eficient împiedică magneții plasma să atingă pereții și să se răcească.
- Q (câștig energetic): raportul dintre puterea obținută din reacțiile de fuziune și puterea folosită pentru a încălzi plasma.
Mașini precum MAST Upgrade stau „în amonte” de titlurile despre valori record ale lui Q. Ele trăiesc în faza dezordonată, necesară, în care cercetătorii învață cum să răsucească plasma în forme cu care realitatea inginerească poate conviețui.
Dacă reușesc, tratamentul brutal pe care îl primește plasma în acest „monstru” britanic s-ar putea traduce, într-o zi, în centrale pe fuziune care se comportă calm, previzibil și suficient de ieftin încât să conteze în facturile reale la energie.
Comentarii
Încă nu există comentarii. Fii primul!
Lasă un comentariu