Minereu de aur
Visul alchimiștilor a fost mereu să transforme metale comune în aur, dar poate fi acest lucru realizat? Fizica necesară pentru a explica transformarea unui element în altul este bine înțeleasă și folosită de zeci de ani în acceleratoare de particule subatomice.
Cel mai notabil exemplu contemporan este Marele Acceleratori de Hadroni (LHC) de la CERN, Geneva. Însă costurile pentru a produce aur în acest mod sunt uriașe, iar cantitățile obținute sunt infime.
De exemplu, experimentul ALICE de la CERN a estimat că a produs doar 29 de picograme de aur în patru ani de funcționare. La acest ritm, ar fi nevoie de sute de ori durata vieții universului pentru a produce ~30 g de aur.
Compania californiană Marathon Fusion propune o abordare foarte diferită: utilizarea radioactivității generate de neutroni într-un reactor de fuziune nucleară pentru a transforma un izotop de mercur în altul, numit mercur-197. Acesta se dezintegrează apoi într-o formă stabilă de aur: aur-197.
Acest proces de dezintegrare a particulelor are loc atunci când o particulă subatomică se transformă spontan în două sau mai multe particule mai ușoare.
Echipa de la Marathon Fusion estimează că o centrală de fuziune ar putea produce mai multe tone de aur per gigawat de putere termică într-un singur an de funcționare.
Bombardarea izotopului mercur-198 cu neutroni duce la formarea izotopului radioactiv mercur-197 – care, ulterior, se transformă în singurul izotop stabil al aurului.
Elementul esențial este ca neutronii să aibă suficientă energie pentru a declanșa secvența de dezintegrare a mercurului. Dacă acest proces ar putea fi realizat practic, ar fi o idee interesantă. Însă dacă ar fi și profitabil este o altă discuție.
Pentru a face acest lucru este necesar un flux mare de neutroni. Acesta poate fi generat folosind un amestec standard de combustibil pentru reactoarele de fuziune, deuteriu și tritiu (ambele forme ale hidrogenului), pentru a crea energie în plasma unui reactor de fuziune.
Neutronii pătrund ușor în material și se împrăștie în nucleele atomice, pierzând energie în acest proces. Sunt necesari neutroni cu energii de peste 6 milioane de electronvolți pentru a transforma mercur-198 în aur.
Pentru a-și formula estimările, Marathon Fusion a folosit „geamănul digital” al unui reactor de fuziune – un model computerizat care simulează fizica reacției de fuziune și procesele radioactive rezultate. O limitare a acestui tip de abordare este că geamănul digital trebuie validat de ce se întâmplă într-un reactor de fuziune comercial real, iar astfel de reactoare nu există...
Există numeroase provocări care trebuie depășite înainte ca oamenii de știință să poată realiza un reactor de fuziune comercial. Acestea includ dezvoltarea de noi materiale pentru construcție și înțelegerea științei necesare atât pentru operarea sistemului în regim continuu de extracție a energiei, cât și pentru dezvoltarea unor sisteme de inteligență artificială care să mențină reacția de fuziune în plasma.
Chiar și unele dintre cele mai avansate experimente de fuziune, cum este proiectul JET (Joint European Torus) din Marea Britanie, au reușit să genereze doar cantități relativ mici de energie.
Totuși, cercetători britanici au conceput o metodă nouă de micșorare a dimensiunii reactoarelor de fuziune prin modificarea modului în care este controlat plasma de evacuare. Un prototip al acestui nou concept de reactor, numit Spherical Tokamak for Energy Production (Step), are ca țintă anul 2040 pentru finalizare.
Deșeuri radioactive
Pe hârtie este posibil să se producă aur din mercur într-un reactor de fuziune. Totuși, până când reactoarele comerciale de fuziune vor deveni realitate, ipotezele folosite de Marathon Fusion în studiile sale cu geamănul digital vor rămâne neverificate.
Mai mult, aurul produs într-un astfel de reactor ar fi inițial radioactiv, ceea ce înseamnă că ar fi clasificat drept deșeu radioactiv și ar necesita o gestionare îndelungată după producție.
După cum știu bine fizicienii specializați în fizica nucleară și fizica particulelor elementare, este foarte ușor să omiți efecte fizice importante și detalii critice atunci când creezi un geamăn digital al unui experiment. Însă, deși procesarea acestui deșeu în forme pure și utilizabile de aur ar reprezenta o provocare suplimentară, aceasta nu va descuraja neapărat investitorii pe termen lung.
Deocamdată, totul rămâne o propunere atrăgătoare pe hârtie, dar suntem încă departe de a declanșa un nou tip de goană după aur în California.
Traducere după A company says it could turn mercury into gold using nuclear fusion de Adrian Vevan, profesor de fizică, School of Physical and Chemical Sciences, Queen Mary University of London.
