Przełom w pracach nad fuzją termojądrową?

Po raz pierwszy naukowcom udało się uzyskać dodatni bilans w reakcji fuzji atomów. Teoria przekształciła się zatem w praktykę, a to może oznaczać nowy rozdział w historii energetyki nuklearnej.

Publikacja: 19.12.2022 21:00

Temperatura w tokamaku sięga milionów stopni Celsjusza

Temperatura w tokamaku sięga milionów stopni Celsjusza

Foto: Anthony Wallace / AFP

To historyczne osiągnięcie. Przez 60 ostatnich lat tysiące ludzi przyczyniło się do tego wysiłku i potrzeba było prawdziwej wizji, byśmy znaleźli się w miejscu, w którym jesteśmy dzisiaj – komentowała szefowa Lawrence Livemore National Laboratory w Kalifornii, gdzie dokonano eksperymentalnej fuzji termojądrowej, dr Kimberly S. Budil. – Uzyskana ilość energii wystarczyłaby może do podgrzania kilku czajników z wodą, ale reprezentuje ona coś wielkiego – podsumowała z kolei specjalistka stacji BBC od badań naukowych Rebecca Morelle. „Możliwe, że to taki dzień, o którym się później uczy w szkołach przez całe dziesięciolecia” – raportował popularny polski blog Crazy Nauka.

O co tyle szumu? O fuzję termojądrową, o której już pisaliśmy w naszym cyklu: reakcję nazywaną „świętym Graalem” energetyki, która w docelowym modelu może stać się niemalże nieskończonym źródłem czystej i taniej energii – i jako taka odmienić losy świata.

Zwrot z inwestycji

Przypomnijmy, współczesna energetyka jądrowa opiera się na reakcji rozszczepienia jąder atomów. Odbywa się to w procesie zderzania ich ze sobą – gwałtownym, wymagającym skrupulatnej kontroli, bez odpowiedniej reakcji wyrywającym się spod kontroli. Żeby uzyskać oczekiwany efekt, należy użyć pierwiastków ciężkich, których atomy po rozpadzie wytwarzają radioaktywne śmieci. W reaktorze fuzyjnym, tzw. tokamaku, zachodzi reakcja odwrotna: zamiast rozbijać jądra atomów, trzeba doprowadzić do ich połączenia. Ta reakcja ma inną specyfikę – jeśli pozostawić ją samą sobie, będzie stopniowo wytracać impet i wygaśnie.

Nic zatem nie dzieje się samoczynnie: należy fuzję moderować oraz dostarczyć energii pozwalającej zapoczątkować reakcję. W czysto teoretycznym ujęciu, do którego naukowcy odwoływali się do tej pory, odpowiednio moderowana fuzja termojądrowa mogłaby trwać wiecznie, dostarczając nam energię nuklearną tańszą i bezpieczniejszą od tej powstającej w ramach rozszczepiania atomów, a także – mniejszych ilości odpadów paliwowych, które przestaną zagrażać otoczeniu w krótszym czasie niż dzisiejsze radioaktywne odpady branży atomowej.

Problem tkwił w tym, że aby wywołać reakcję, należałoby najpierw podgrzać plazmę w reaktorze do temperatur liczonych w milionach stopni Celsjusza (Chińczykom udało się dobić do 120 mln stopni i utrzymać tę temperaturę przez półtorej minuty). Zatem konieczne było „zainwestowanie” energii, by produkować energię. I – aż do chwili obecnej – inwestycje się nie zwracały. Wcześniej rekord należał do Brytyjczyków, którzy uzyskali stosunek energii wyprodukowanej do zużytej na poziomie 2:3. I na tym właśnie polega przełomowość amerykańskiego eksperymentu i tych „kilku czajników zagotowanej wody”: Amerykanie udowodnili, że da się uzyskać zwrot z inwestycji.

Siedem dekad badań

Data, która miałaby trafić do podręczników szkolnych, to 5 grudnia 2022 r. Zgodnie z komunikatem Departamentu Energii USA naukowcy z kalifornijskiego LLNL „dostarczyli 2,05 megadżula (MJ) energii do celu [reaktora – przyp. red.], uzyskując produkcję 3,15 megadżula energii”. Kilka dni, jakie minęły między samym eksperymentem a jego publicznym ogłoszeniem, upłynęło zapewne na potwierdzaniu wyników, przygotowaniu entuzjastycznych recenzji przedstawicieli świata nauki i Białego Domu, a wreszcie – na pospiesznym zabezpieczeniu funduszy na dalsze prace nad fuzją termojądrową. W tym samym komunikacie Departament Energii informuje bowiem o przyznaniu jeszcze w tym roku kolejnych 624 mln dol. na program prac nad tą technologią.

5 grudnia ukoronowano około 70 lat prac na fuzją termojądrową. Pierwsze badania w tym kierunku zaczęły się wkrótce po II wojnie światowej, a pierwszy reaktor termojądrowy powstał w ZSRR w 1950 r. Jednak rozszczepianie jąder atomowych – jako technologia, która jako pierwsza została w miarę opanowana przez człowieka – szybko wyparło z laboratoriów fuzję. Do badań nad nią zaczęto poważniej podchodził dopiero u progu XXI wieku, gdy w oczy zajrzało ludzkości widmo klimatycznej apokalipsy i zaczął się pościg za technologiami, które pozwoliłyby uzyskać stały dostęp do czystej energii.

Znane nam wyniki amerykańskiego eksperymentu nie odpowiadają na jedno z najważniejszych pytań wiążących się z fuzją termojądrową: o praktycznie permanentny charakter wytwarzania energii w takiej reakcji, co oznaczałoby raptowny spadek kosztów produkcji. Ale uzbrójmy się w cierpliwość, w końcu „pierwsze koty za płoty”.

To historyczne osiągnięcie. Przez 60 ostatnich lat tysiące ludzi przyczyniło się do tego wysiłku i potrzeba było prawdziwej wizji, byśmy znaleźli się w miejscu, w którym jesteśmy dzisiaj – komentowała szefowa Lawrence Livemore National Laboratory w Kalifornii, gdzie dokonano eksperymentalnej fuzji termojądrowej, dr Kimberly S. Budil. – Uzyskana ilość energii wystarczyłaby może do podgrzania kilku czajników z wodą, ale reprezentuje ona coś wielkiego – podsumowała z kolei specjalistka stacji BBC od badań naukowych Rebecca Morelle. „Możliwe, że to taki dzień, o którym się później uczy w szkołach przez całe dziesięciolecia” – raportował popularny polski blog Crazy Nauka.

Pozostało 84% artykułu
Atom
Atomowy bilans otwarcia na majówkę
Atom
Ruszą prace terenowe na obszarze przyszłej elektrowni jądrowej w Polsce
Atom
Szczerość atomowych decydentów. Atom później i drożej
Atom
Jest nowy prezes atomowej spółki PGE
Atom
W Zaporożu „bardzo bliska katastrofy nuklearnej”. MAEA ostrzega świat