Przełom termojądrowy w energetyce w zasięgu ręki
Zajęci bieżącymi wydarzeniami politycznymi i gospodarczymi, wynikającymi m.in. z rywalizacji o eksploatację złóż kopalnych surowców energetycznych oraz transformacją energetyczną ku odnawialnym źródłom energii, tracimy z oczu prace naukowców, którzy krok po kroku zbliżają się do opracowania praktycznie nieograniczonego źródła taniej i czystej energii – fuzji termojądrowej. Główne powody to duży zysk energetyczny, dostępność paliwa oraz niewielka ilość odpadów radioaktywnych. Oto dwa doniesienia z naukowego frontu, które pojawiły się dosłownie w ostatnich dniach.
Pięć sekund potężnej dawki energii
W oksfordzkim Joint European Torus (JET) udało się uzyskać trwającą pięć sekund reakcję termojądrową z rekordową ilością wytworzonej energii. To ważny krok na drodze do energetyki fuzyjnej.
W jednym z największych reaktorów termojądrowych JET, w czasie trwającej 5 sekund reakcji, z 0,2 mg paliwa udało się uzyskać 69 megadżuli energii. To rekord – podkreślają odpowiedzialni za osiągnięcie naukowcy.
W eksperymencie, którego wynik przedstawiono w czwartek, wzięło udział ponad 300 naukowców zrzeszonych w konsorcjum EUROfusion, w tym badacze z polskiego Instytutu Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy (IFPiLM).
JET to urządzenie typu tokamak – toroidalny reaktor, w którym gorąca plazma kontrolowana jest z pomocą silnych pól magnetycznych. W zachodzącej w nim reakcji termojądrowej łączą się z sobą jądra dwóch izotopów wodoru – deuteru i trytu, co powoduje wydzielenie się potężnej ilości energii.
Wielu ekspertów uważa, że w przyszłości to właśnie fuzja jądrowa będzie mogła zaspokoić rosnące energetyczne potrzeby ludzkości.
„Możemy niezawodnie tworzyć plazmę termojądrową, używając tej samej mieszanki paliwowej, która będzie stosowana w komercyjnych elektrowniach termojądrowych, co dowodzi zaawansowanej wiedzy specjalistycznej zdobywanej na przestrzeni lat” – powiedziała komentując wynik dr Fernanda Rimini, starszy menedżer ds. eksploatacji JET.
Z kolei prof. Ambrogio Fasoli, menedżer programu EUROfusion, organizującego międzynarodowe badania nad fuzją jądrową, uznał, że udana „demonstracja scenariuszy operacyjnych dla przyszłych urządzeń termojądrowych, takich jak ITER i DEMO, potwierdzona nowym rekordem energetycznym, wzmacnia nasze zaufanie do dalszego rozwoju energii termojądrowej”
„Oprócz ustanowienia nowego rekordu zrealizowaliśmy także inne zadania, których nigdy wcześniej nie podejmowaliśmy, jak również pogłębiliśmy naszą wiedzę na temat fizyki syntezy jądrowej” – dodał.
Kamień milowy energetyki fuzyjnej
Wśród 300 naukowców biorących udział w eksperymencie byli przedstawiciele Instytutu Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy (IFPiLM).
„Nasza determinacja i międzynarodowa współpraca przyniosły wyjątkowe rezultaty, które stanowią kamień milowy w badaniach nad energią termojądrową. Ten sukces nie tylko potwierdza możliwość kontrolowania plazmy w tokamakach, ale również stanowi kluczowy krok w kierunku realizacji celu, jakim jest produkcja energii na skalę komercyjną z wykorzystaniem reakcji jądrowej. Przed nami jeszcze wiele wyzwań i kolejnych lat badań, ale jestem przekonana, że nasza ciężka praca przyniesie jeszcze więcej innowacyjnych rozwiązań, które będą kształtować światową energetykę” – mówi prof. Agata Chomiczewska z IFPiLM, krajowy koordynator badań na tokamaku JET.
Działający od 40 lat JET pozwolił na badania, które miały kluczowe znaczenie dla kolejnego reaktora, bardziej zaawansowanego fuzyjnego ITER, którego zapłon ma nastąpić w tej dekadzie. Kolejnym krokiem ma być budowa systemu DEMO – pierwszej, opartej na jądrowej fuzji, eksperymentalnej elektrowni.
Termojądrowy zapalnik z USA
Naukowcy z National Ignition Facility udostępnili szczegóły odnośnie przełomowego eksperymentu z 2022 r., w którym w fuzji jądrowej uzyskali nadwyżkę energetyczną. Badacze m.in. udoskonalili kapsułkę z paliwem, zwiększyli jej masę i wzmocnili lasery.
W grudniu 2022 r. działające w Kalifornii National Ignition Facility (NIF) ogłosiło przełom w pracach nad fuzją termojądrową – po raz pierwszy w reakcji prowadzonej w tym ośrodku udało się uzyskać więcej energii, niż włożono. Trzeba podkreślić, że uzyskana nadwyżka uwzględnia energię, jaka dotarła do cylindra, a nie energię niezbędną do zasilania laserów, które zużywają jej setki megadżuli.
Pracujące w NIF urządzenie inicjuje fuzję, oddziałując 192 potężnymi laserami na złoty cylinder, zawierający 2-mm kulkę z 220 mikrogramami paliwa deuterowo-trytowego.
Pod wpływem działania laserów, w cylindrze powstaje silne promieniowanie rentgenowskie, które podgrzewa paliwo i powoduje jego implozję. Temperatura przekracza wtedy 150 mln stopni, a ciśnienie osiąga 600 mld atmosfer.
System nie generuje użytecznej energii, ale służy do podstawowych eksperymentów sprawdzających potencjalne możliwości wykorzystania fuzji jądrowej. Kluczem do sukcesu jest m.in. maksymalnie jednorodna i symetryczna budowa cylindra i kapsułki - niewielkie nawet odkształcenia w tym zakresie zmniejszają wydajność reakcji.
Mimo że przez ostatnie lata naukowcy z NIF szczególnie intensywnie pracowali nad udoskonaleniem wspomnianych elementów, nadal nie udało się wyeliminować wielu zaburzeń. Jednak - dzięki licznym usprawnieniom - w grudniu 2022 r. ośrodek ogłosił wspomniany sukces.
„Ten duży krok w kierunku stabilnego, niskoemisyjnego źródła energii” - napisał na łamach „Physics Magazine”komentujący dokonanie, prof. Shinsuke Fujioka z Instytutu Inżynierii Laserowej w Osace.
Marek Matacz (PAP), sek
»» O innych innowacjach i nowych technologiach czytaj tutaj:
Baterie też są śmiertelne: Uczeni chcą to zmienić
Z ChatGPT żartów nie ma. Rzuci bombę atomową bez wahania
