Fuzja jądrowa – energia przyszłości coraz bliżej

Marzenie o kontrolowanej fuzji jądrowej wkrótce może się zrealizować. Jesteśmy o krok od uzyskania niewyczerpanego źródła taniej energii, a to za sprawą badaczy z Instytutu Maxa Plancka.

Ludzkość od wieków marzyła o ujarzmieniu potęgi Słońca. Gdyby to się udało, otrzymalibyśmy źródło taniej, czystej, bezpiecznej i nieograniczonej energii. Z jednego kilograma deuteru, który występuje naturalnie w wodzie morskiej, a tej jest pod dostatkiem, można by zasilić setki tysięcy domostw. Zapewnilibyśmy sobie bezpieczeństwo energetyczne na lata.

Krok w tym kierunku wykonali naukowcy z Instytutu Maxa Plancka oraz Princeton Plasma Physics Laboratory. W wybudowanym w 2014 roku stellaratorze Wendelstein 7-X w Instytucie Fizyki Plazmowej im. Maxa Plancka w Greifswaldzie, badaczom udało się wygenerować trójwymiarowe pole magnetyczne, które w przyszłości utrzyma plazmę uzyskaną w reakcji termojądrowej z dala od ścian reaktora. Tym samym konstruktorzy przetestowali koncepcję naukowców i osiągnęli zamierzony cel. Na poniższym zdjęciu widzimy efekt prac uczonych.

Fot. Instytut Fizyki Plazmowej im. Maxa Plancka
Fot. Instytut Fizyki Plazmowej im. Maxa Plancka

Reakcja termojądrowa, mówiąc w dużym uproszczeniu, polega na złączeniu się dwóch jąder lżejszych atomów (deuter, tryt) w jedno cięższe. Wyzwala się przy tym ogromna ilość energii. Jednak do sprawnego działania potrzeb bardzo wysokich temperatur. Do przeprowadzenia syntezy termojądrowej (główne źródło energii gwiazd) potrzeba rozgrzać wodór do temperatury 100 milionów stopni Celsjusza. Tylko wtedy lżejsze atomy będą mogły połączyć się w cięższy. A do utrzymywania plazmy w ryzach potrzeba potężnego i stabilnego pola magnetycznego, które właśnie udało się wygenerować.

Do tego celu został wybudowany w Niemczech stellerator Wendelstein 7-X. Jego budowa pochłonęła około 370 milionów euro. Sama koncepcja urządzenia znana jest o dawna. Przedstawił ją amerykański astrofizyk Lyman Spitzer w 1950 roku. I to właśnie we wnętrzu takiego urządzenia naukowcy chcą uzyskać warunki panujące we wnętrzu gwiazd. Przy budowie Wendelstein 7-X swój wkład mieli także polscy badacze. W projekcie uczestniczy Instytut Fizyki Jądrowej PAN, Politechnika Warszawska, Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy, Uniwersytet Opolski i Narodowe Centrum Badań Jądrowych w Świerku. Polska przeznaczyła na ten cel około 6,5 milionów euro.

Wendelstein 7-X. Fot. Instytut Fizyki Plazmowej im. Maxa Plancka
Wendelstein 7-X. Fot. Instytut Fizyki Plazmowej im. Maxa Plancka

Sam projekt ma na celu opanowanie technologii kontroli nad procesami syntezy termojądrowej, które w przyszłości posłużą do budowy reaktorów fuzyjnych, które z kolei są niezbędne do budowy elektrowni termojądrowych. Naukowcy mają nadzieję na utrzymanie plazmy w ekstremalnie wysokiej temperaturze 100 milionów st. Celsjusza przez dłuższy czas – około 30 minut.

Reakcje termojądrowe udało się przeprowadzić już wcześniej, jednak problem polega na tym, by utrzymać je przez dłuższy czas. By zainicjować reakcje potrzeba rozgrzać jądra wodoru do ekstremalnie wysokiej temperatury. To zostanie wykonane za pomocą potężnej wiązki mikrofal. W dalszym procesie energia wytworzona przez reakcję termojądrową powinna utrzymać temperaturę, a nadmiar ciepła może zostać przetworzony na energię elektryczną.

 

Źródło: phys.org, dzienniknaukowy.pl