"FT": Przełom w badaniach nad fuzją jądrową. Wkrótce oświadczenie Departamentu Energii USA

Fuzja jądrowa, nazywana też kontrolowaną syntezą termojądrową, jest uważana za jedno z najbardziej perspektywicznych źródeł energii. Opanowanie tej technologii oznaczałoby nowe, niemal nieograniczone źródło czystej energii elektrycznej pozyskiwanej z wykorzystaniem niewielkiej ilości paliwa dostępnego na całym świecie z niedrogich materiałów. Fuzja jest przy tym bezpieczna, gdyż prawie nie powstają w jej wyniku niebezpieczne odpady, nie można również rozpocząć procesu, którego nie da się kontrolować, tak jak w przypadku rozszczepiania atomu.

Badania nad wykorzystaniem fuzji jądrowej do wytwarzania energii trwają od lat 50. XX wieku, jak dotąd nigdy nie udało się jednak uzyskać z niej większej ilości energii niż zużyło samo zainicjowanie reakcji. Brytyjski "Financial Times" 11 grudnia poinformował o przełomie, jaki udało się osiągnąć amerykańskim naukowcom, którzy po raz pierwszy osiągnęli zysk energetyczny z fuzji jądrowej. Gazeta powołuje się na trzech niewymienionych z nazwiska informatorów posiadających wiedzę na temat wstępnych wyników eksperymentów przeprowadzonych w ostatnich dwóch tygodniach.

Przełom miał zostać osiągnięty w kalifornijskim Narodowym Laboratorium Lawrence'a w Livermore. Według "FT" w fuzji jądrowej udało się uzyskać 2,5 megadżuli energii zużywając wcześniej do zasilania laserów 2,1 megadżula energii. Oznacza to zysk energetyczny na poziomie 20 procent i byłoby pierwszym takim osiągnięciem w historii. Źródła, na które powołuje się gazeta, zaznaczają jednocześnie, że są to wstępne wyniki ostatnich eksperymentów, które wciąż są analizowane. Najlepszy dotąd potwierdzony oficjalnie wynik fuzji jądrowej osiągnięty został w 2021 roku i zapewnił wyprodukowanie ok. 70 proc. ilości energii potrzebnej do przeprowadzenia reakcji, inaczej mówiąc oznaczał stratę na poziomie 30 proc.

Dwóch informatorów dziennika twierdzi, że uzyskana energia była znacznie większa niż spodziewana, co doprowadziło nawet do uszkodzenia części przyrządów pomiarowych i utrudniło analizę wyników. - Jeśli to zostanie potwierdzone, jesteśmy świadkami historii - podkreślił specjalizujący się w fizyce plazmy dr Arthur Turrell. - Naukowcy od lat 50. starali się wykazać, że ta fuzja może uwolnić więcej energii niż kosztuje jej wywołanie, a badacze z Lawrence Livermore wygląda na to, że ostatecznie osiągnęli ten cel - dodał.

Według "Financial Times" amerykański Departament Energii zapowiedział, że sekretarz Jennifer Granholm i podsekretarz ds. bezpieczeństwa nuklearnego Jill Hruby 13 grudnia ogłoszą w Narodowym Laboratorium Lawrence'a w Livermore "duży naukowy przełom". Nie udzielono więcej informacji na temat wystąpienia. Oficjalnie laboratorium potwierdza, że miał w ostatnim czasie miejsce zakończony sukcesem eksperyment, ale podkreśla, że analiza jego wyników wciąż trwa. "Wstępne dane diagnostyczne wskazują na kolejny zakończony sukcesem eksperyment (...) Jednak dokładny zysk (energetyczny) wciąż jest wyliczany i nie możemy potwierdzić, że przekroczył on tym razem próg", brzmi oświadczenie publikowane przez "FT".

Podczas tegorocznej inauguracji nowej strategii fuzji jądrowej Białego Domu kongresmen Don Beyer nazwał tę technologię "świętym graalem" czystej energii. "Fuzja ma potencjał do wyciągnięcia z ubóstwa większej liczby ludzi na całym świecie niż cokolwiek od czasów wynalezienia ognia", ocenił.

"Choć wielu naukowców jest zdania, że miną jeszcze dekady nim powstaną pierwsze elektrownie termojądrowe, potencjał tej technologii jest trudny do zignorowania", pisze w swoim komentarzu "FT". "Fuzja jądrowa nie emituje dwutlenku węgla, nie wytwarza długotrwałych odpadów radioaktywnych, a mała filiżanka paliwa wodorowego może teoretycznie zasilić w energię cały dom przez setki lat", podkreślono. Opanowanie technologii fuzji jądrowej do wytwarzania olbrzymich ilości energii pozwoliłoby też uwolnić się od wysokich cen paliw kopalnych takich jak węgiel, ropa czy gaz ziemny, których zasoby są ograniczone.

Fuzja jądrowa to proces, który "zasila" gwiazdy takie jak nasze Słońce. Z fizycznego punktu widzenia to proces połączenia dwóch atomów, na przykład deuteru z deuterem albo deuteru i trytu, które tworzą inny atom, czyli hel. Przy okazji tego procesu wydziela się energia. Jądra atomów mają ładunek dodatni, dlatego się odpychają. Do zderzenia można je jednak zmusić, na przykład kompresując plazmę impulsem laserowym albo rozpędzając ją przez podgrzewanie gazu do bardzo wysokiej temperatury, sięgającej 80 albo 100 milionów stopni Celsjusza. Im temperatura jest wyższa, tym większa jest prędkość i szansa, że atomy zdążą się ze sobą zderzyć.

Plazmę można podgrzewać mikrofalami, przepuszczając przez nią prąd albo za pomocą iniektorów, wstrzeliwujących w obszar plazmy rozpędzoną wiązkę atomów deuteru. Po podgrzaniu plazma zaczyna produkować energię. Podobnie jak w elektrowni węglowej czy atomowej, ciepło odbierane jest za pomocą wody. Fuzja jądrowa może być jednak nieporównywalnie bardziej efektywna, produkując z każdego kilograma paliwa taką samą ilość energii jak z 10 mln kilogramów paliwa kopalnego. Jednocześnie paliwo do fuzji jest niemal nieskończone i może być łatwo osiągalne w dowolnym miejscu na Ziemi. Deuter produkować można z wody, zaś tryt produkuje się ze znajdującego w skorupie ziemskiej litu.

ZOBACZ TEŻ: Padł rekord energetyczny dla syntezy jądrowej. "To jest przyszłość"

Obecnie prowadzone są eksperymenty nad dwoma głównymi technikami przeprowadzania fuzji jądrowej. Pierwsza z nich nazywana jest inercyjnym uwięzieniem plazmy. Nazwa wzięta została od tego, że plazmę rozgrzaną do temperatury setek milionów stopni Celsjusza - większej, niż temperatura wewnątrz Słońca i zbyt gorącej, by mogła mieć kontakt ze ściankami zbiornika w którym się znajduje - więzi się przy użyciu pola elektrostatycznego. Fuzję jądrową inicjuje się kierując laserami impuls o mocy sięgającej 500 terawatów na mierzącą ok. 2 milimetry kulkę paliwa deuterowo-trytowego powodując w ten sposób jej implozję. To tę technikę wykorzystuje się w Narodowym Laboratorium Lawrence'a w Livermore.

Drugą i najpopularniejszą obecnie techniką testowania fuzji jądrowej jest magnetyczne uwięzienie plazmy przeprowadzane w tzw. tokamakach. W tym przypadku rozgrzana plazma jest więziona nie przy użyciu pola elektrostatycznego, ale przy pomocy pola magnetycznego. Fuzja odbywa się w specjalnym zbiorniku, w którym panuje bardzo niskie ciśnienie. Największe eksperymentalne urządzenie tego typu ITER powstaje w południowej Francji w okolicy Marsylii.

ZOBACZ TEŻ: Udany eksperyment z fuzją jądrową. Energia wnętrza Słońca na Ziemi