Czternaście lat po otrzymaniu oficjalnej zgody na budowę naukowcy rozpoczęli w centrum badawczym Cadarache w południowej Francji montaż gigantycznego reaktora termonuklearnego ITER, którego celem jest zademonstrowanie, że fuzja jądrowa, proces, który napędza Słońce, może być bezpiecznym i realnym źródłem energii na Ziemi.
W 2006 roku międzynarodowe konsorcjum złożone z instytucji finansowych i naukowych z Unii Europejskiej, USA, Chin, Japonii, Rosji, Korei Południowej oraz Indii podpisało zgodę na budowę reaktora ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor – Międzynarodowy Eksperymentalny Reaktor Termonuklearny). Teraz, 14 lat po popisaniu pozwolenia na budowę instalacji, rozpoczęto składanie komponentów, które przybyły do Centrum badawczego Cadarache z całego świata, w całość, co oznacza, że największy na świecie projekt syntezy jądrowej wszedł w pięcioletnią fazę montażu.
Instalacja składa się z milionów pojedynczych części, które ostatecznie utworzą największy na świecie tokamak, reaktor termojądrowy, w którym utrzymywana w ryzach dzięki elektromagnesom niezwykle gorąca plazma stwarza warunki niezbędne do połączenia się dwóch jąder lżejszych atomów w jedno cięższe i uwolnienia ogromnych ilości energii.
Fuzja jądrowa to reakcja napędzająca gwiazdy, w tym nasze Słońce. 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. Do tego proces ten jest przyjazny środowisku, bo nie powstają w nim szkodliwe produkty uboczne, takie jak emisje dwutlenku węgla lub odpady radioaktywne.
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 reaktora potrzeba bardzo wysokich temperatur. Do przeprowadzenia syntezy termojądrowej potrzeba rozgrzać wodór do temperatur przekraczających 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. Energia wytworzona przez reakcję termojądrową powinna utrzymać temperaturę, a nadmiar ciepła może zostać przetworzony na energię elektryczną.
Reakcje termojądrowe udało się już przeprowadzić w kilku ośrodkach badawczych na całym świecie. Jednak problem polega na tym, by utrzymać je przez dłuższy czas i uzyskać dodatni bilans energetyczny, a to oznacza, że reaktor powinien wyprodukować więcej energii, niż zostanie do niego dostarczone.
We wtorek 28 lipca miała miejsce uroczysta inauguracja prac montażowych eksperymentalnej elektrowni. - Technologia ta daje nadzieje, na czystą, bezemisyjną, bezpieczną i praktycznie bezodpadową energię – powiedział prezydent Francji Emmanuel Macron. Ale tokamak ITER nie będzie zwykłą elektrownią. Jego celem jest wykazanie, że energię termojądrową można wytwarzać w sposób zrównoważony i bezpieczny na skalę komercyjną.
ITER jest jedną z najdroższych inwestycji naukowych na świecie. W projekt zaangażowanych jest 35 krajów, w tym Polska. - Główną zasadą jego działania jest odwzorowanie procesów, które zachodzą na Słońcu i produkują energię w potężnych ilościach. Paliwem wejściowym do tokamaka ITER będzie deuter i tryt, z których w reakcji termojądrowej powstaną cięższe pierwiastki, tj. hel - oraz ogromne ilości energii, którą będzie można wykorzystać do produkcji energii elektrycznej. Finalnie dążymy do tego, aby nie produkować odpadów radioaktywnych, jak to jest w przypadku elektrowni jądrowych – mówił w ubiegłym roku dr hab. inż Dariusz Makowski z Katedry Mikroelektroniki i Technik Informatycznych (KMiTI) Politechniki Łódzkiej, której pracownicy są zaangażowani w budowę reaktora.
Naukowcy z Politechniki Łódzkiej uczestniczą w projekcie od 2010 r. Opracowują podsystemy oprzyrządowania i sterowania IC (Instrumentation and Control), zapewniające stabilne sterowanie tokamakiem, gwarantujące bezpieczeństwo pracy, diagnostykę plazmy oraz pozwalające na przeprowadzanie badań fizycznych.
Przy montażu elementów tokamaka ITER pracuje około 2300 osób. - Skonstruowanie maszyny kawałek po kawałku będzie jak złożenie trójwymiarowej układanki na skomplikowanej osi czasu - powiedział dyrektor generalny ITER Bernard Bigot. - Każdy aspekt zarządzania projektami, inżynierii systemów, zarządzania ryzykiem i logistyki montażu maszyn musi działać z precyzją szwajcarskiego zegarka. Mamy skomplikowany scenariusz do zrealizowania w ciągu najbliższych kilku lat – dodał.
Jak zaznaczył Bigot, jeśli ta technologia okaże się wykonalna, przyszłe reaktory termojądrowe będą w stanie zasilić dwa miliony gospodarstw po kosztach operacyjnych porównywalnych z kosztami konwencjonalnych reaktorów jądrowych.
Projekt ITER jest opóźniony o pięć lat, a jego początkowy budżet potroił się do około 20 miliardów euro. Po zakończeniu montażu reaktor powinien być w stanie odtworzyć procesy syntezy jądrowej zachodzące w sercu gwiazd w temperaturze około 150 milionów stopni Celsjusza.
Pierwszy zapłon plazmy w tokamaku ITER zaplanowano na 2025 r., ale dopiero w 2035 roku reaktor powinien pracować z docelowymi parametrami.
