"Niemal nieograniczone źródło energii". Gorętsze od Słońca

Fuzja jądrowa to jedna z tych technologii, które mogą stać u podstaw rewolucji w energetyce. Naukowcy starają się nauczyć kontrolować reakcję syntezy jąder atomowych. Jak czytamy w serwisie National Geographic, w reaktorze fuzyjnym WEST we Francji udało się utrzymać plazmę w temperaturze 50 mln stopni Celsjusza przez sześć minut. Dla porównania – temperatura jądra Słońca to 15 mln stopni Celsjusza.

Wynik ten osiągnęli naukowcy z ośrodka Princeton Plasma Physics Laboratory. Choć pobicie rekordu to kolejny krok w kierunku opanowania fuzji jądrowej, musimy mieć świadomość, że prawdopodobnie upłynie jeszcze wiele lat, zanim będziemy mogli budować elektrownie w oparciu o tę technologię. Do tego celu konieczne jest zrozumienie, w jaki sposób plazmę utrzymać w takim stanie nie przez kilka minut, ale przez całe godziny.

Obejrzyj w

Fuzja jądrowa to próba naśladowania tego, co zachodzi we wnętrzu Słońca. W procesie fuzji atomy wodoru łączą się w cięższy pierwiastek, hel. Towarzyszy temu wydzielanie bardzo dużej ilości energii, większej niż w procesie rozpadu jądrowego. Jak przytacza National Geographic, kilogram paliwa fuzyjnego, tj. najczęściej mieszanki izotopów wodoru – deuteru i trytu – generuje 4 mln razy więcej energii niż kilogram paliwa kopalnego, nie emitując przy tym gazów cieplarnianych. Liczby te dowodzą, że fuzja jądrowa może być potencjalnie źródłem nieograniczonej czystej energii.

Słońce na Ziemi

Luis Delgado-Aparicio, szef zaawansowanych projektó w PPPL twierdzi, że opanowanie fuzji jądrowej to stworzenie "Słońca na Ziemi", co jest ekstremalnie trudne. Naukowcy muszą osiągnąć temperaturę wyższą niż wspomniane 15 mln st. Celsjusza w jądrze słońca. Odpowiednia temperatura zrównoważy niższe ciśnienie, w którym zachodzi fuzja.

Oprócz tego wyzwaniem dla naukowców jest nauka podtrzymywania reakcji syntezy jąder atomowych. Jest to trudne, bo wygasa ona szybko, szczególnie wówczas, gdy mieszanka paliwowa jest zanieczyszczona. Ważny jest też czas trwania fuzji – proces ten musi trwać odpowiednio długo, by mogło powstać więcej energii, niż jest potrzebne do podgrzania plazmy do określonej temperatury. Do tej pory nie udało się osiągnąć uzyskanie nadwyżki energii. Rekordowa próba przyniosła jednak 15 proc. więcej energii niż próby poprzednie.

Tokamaki – reaktory fuzyjne

Tokamaki są reaktorami fuzyjnymi w kształcie obwarzanka z dziurą w środku. Plazma utrzymywana jest w nich w miejscu dzięki silnemu polu magnetycznemu. Jedną z ważniejszych kwestii konstrukcyjnych reaktorów jest materiał, który przeznaczony jest do budowy ścian.

Reaktor WEST początkowo zbudowany był z węgla. Łatwo było z nim pracować, ale węgiel pochłaniał tryt, który wchodził w skład mieszanki paliwowej. W 2012 r. węgiel zatąpiono wolframem, choć ten też ma swoje wady. W wysokich temperaturach topi się i zanieczyszcza plazmę, co ją ochładza i wyhamowuje syntezę jądrową. Z wolframu mają być też zbudowane części reaktora ITER – największego eksperymentalnego reaktora, który powstaje na południu Francji.

Naukowcy z PPPL usprawnili narzędzie diagnostyczne, które monitoruje plazmę. Mogą dzięki niemu dokładnie mierzyć jej temperaturę i śledzić niekorzystne przemieszczanie się wolframu ze ścian. Doświadczenie to posłuży w pracy z ITER.