- La SLAC (SUA), cercetătorii au testat în 2025 cum se comportă capsulele de combustibil pentru fuziune nucleară la temperaturi comparabile cu suprafața Soarelui și presiuni ca în miezul Pământului
- Țintele studiate sunt spume 3D-printate ultra-fine, candidate pentru viitoarele sisteme de inertial fusion energy (IFE)
- Patru experimente au măsurat temperatura reală în timpul șocului, felul în care undele se propagă prin spumă, structura 3D la scară de micron și impactul micilor goluri din cochilie
- Scopul: capsule care se comprimă perfect simetric, fără defecte, și pot fi fabricate în masă pentru centrale
- Un studiu separat arată că și capsulele din diamant pot crăpa sau deforma sub aceleași condiții, confirmând cât de critic e „ambalajul” combustibilului
Să începem cu imaginea care te prinde imediat: într-un viitor reactor de fuziune, energia se naște dintr-o capsulă cât un bob de mazăre. O bilă minusculă, plină cu deuteriu și tritiu, care trebuie să supraviețuiască unui tratament de supernovă în miniatură.
Ce se întâmplă în IFE (fuziune inerțială)?
Lasere uriașe lovesc capsula din toate direcțiile. Într-o fracțiune de secundă, ea se prăbușește spre interior (implozie), densitatea urcă la niveluri „stelare”, iar atomii fuzionează și eliberează energie. E ca și cum ai încerca să aprinzi o stea folosind o ploaie perfect sincronizată de pumni de lumină.
Problema e că fuziunea nu iartă. Dacă implozia nu e aproape perfect simetrică, energia se duce pe apa sâmbetei. De aceea, capsula – deși mică – e una dintre cele mai grele piese de inginerie din toată povestea.
Cum faci Soarele să încapă într-un laborator
La SLAC National Accelerator Laboratory, cercetătorii au folosit instalația LCLS și instrumentul MEC, un fel de „camera de tortură cosmologică” pentru materiale. MEC poate reproduce:
- presiuni comparabile cu cele din miezul Pământului,
- temperaturi similare cu suprafața Soarelui,
- și totul suficient de controlat încât să măsori ce se întâmplă, nu doar să spui „a bubuit”.
Pe scurt: dacă vrei să știi cum se comportă o capsulă într-un reactor de fuziune, aici o pui la testul suprem.
Spuma 3D-printată: soluția surprinzătoare
Țintele clasice de fuziune sunt extrem de greu de fabricat – suprafețe netede la nivel de nanometri, straturi uniforme, toleranțe aproape absurde. Pentru o centrală, ai nevoie de milioane de astfel de capsule pe an.
Așa că SLAC testează o idee care sună a hack din inginerie: spume 3D-printate cu doi fotoni, cu structuri poroase ultra-fine.
Avantajele potențiale:
- distribuție mai bună a combustibilului în interior,
- geometrie controlată precis,
- și o cale realistă spre producție la scară.
Dacă o capsulă ar fi o prăjitură, spuma asta e blatul perfect aerat care ajută crema (combustibilul) să stea uniform.
Cele patru „probe de foc”
SLAC nu s-a mulțumit cu un singur test. Au spart problema în patru întrebări mari, ca într-un audit tehnologic:
- Cât de fierbinte devine materialul și când?
Au măsurat temperatura exact în timpul undei de șoc și au urmărit tranziția carbonului din solid în plasmă. De ce contează? Pentru că dacă materialul se încălzește prea devreme („preheat”), implozia se dezechilibrează. - Cum se plimbă șocul prin spumă?
Au „filmat” undele de șoc traversând spumele 3D-printate și le-au comparat cu aerogeli convenționali. Asta verifică dacă simulările folosite pentru design sunt corecte. - Cum arată materialul în 3D la scară microscopică?
Cu ptycho-tomografie, au reconstruit imagini 2D și 3D ale unei structuri de numai 10 microni. Aici se vede dacă spuma e uniformă sau dacă are „nervuri” care ar strica compresia. - Ce fac micile goluri din cochilie?
Au introdus intenționat „voids” și au văzut cum afectează implozia. Spoiler: un defect minuscul poate transforma o compresie perfectă într-una asimetrică, iar randamentul cade dramatic. În fuziune, imperfecțiunea de laborator devine dezastru energetic.
De ce până și diamantul poate ceda
Ca să înțelegi cât de dificil e jocul, vine și o veste din aceeași zonă: cercetători de la UC San Diego au observat că capsulele din diamant – considerate „premium” pentru experimente – pot dezvolta defecte structurale sub presiunile extreme.
Traducere: dacă și diamantul poate să „obosească” în regimul ăsta, îți dai seama cât de complicat e să găsești materialul și arhitectura perfecte.
De ce merită să urmărim asta
Toate aceste studii nu înseamnă că fuziunea intră în priză mâine. Dar arată ceva mult mai sănătos: trecem de la „putem obține fuziune o dată în laborator?” la „cum facem fuziunea repetabilă, eficientă și fabricabilă?”.
În fuziunea inerțială, fizica e temelia, dar capsula e cheia. Și SLAC tocmai a mai descuiat o încuietoare importantă.