Po raz pierwszy w historii fuzja jądrowa wyprodukowała więcej megadżuli niż potrzebowano do jej napędzenia. Czy to faktycznie kamień milowy w rozwoju czystej energii?

Fuzja jądrowa osiągnęła nowy poziom

Departament Energii USA ogłosił, że 5. grudnia br. w National Ignition Facility (NIF) należącym do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) naukowcom udało się przeprowadzić pierwszą, udaną fuzję jądrową. Dlaczego udaną? Chociaż wcześniej wielokrotnie udało się doprowadzić do kontrolowanej reakcji termojądrowej, to pierwszy raz, kiedy fuzja jądrowa wyprodukowała więcej energii niż potrzebowano do jej napędzenia. 

To przełomowe osiągnięcie dla naukowców i pracowników National Ignition Facility, którzy poświęcili swoją karierę na to, aby zapłon jądrowy stał się rzeczywistością. Ten kamień milowy niewątpliwie wywoła jeszcze więcej odkryć – powiedziała sekretarz energii USA Jennifer M. Granholm.

Synteza jądrowa wyprodukowała łącznie 3,15 megadżuli (MJ), czyli o 1,10 MJ więcej niż potrzebne było do przeprowadzenia zapłonu w reaktorze. Poprzedni rekord NIF wyniósł nieco ponad 70% energii wykorzystanej do przeprowadzenia reakcji. 

Analizując ostatni przełom, warto mieć na uwadzę, że bilans energetyczny reakcji jest dodatni w porównaniu do energii inicjującej syntezę, a więc części kosztów pracy reaktora. Mimo tego nie ma wątpliwości, że to istotny moment dla rozwoju czystej energii.

• Czy wiesz, że aktualny rekord fuzji jądrowej to aż 59 MJ? Przeczytaj więcej. 

Na czym polega fuzja jądrowa?

Najprościej rzecz ujmując, fuzja jądrowa to proces, w którym dwa lekkie jądra łączą się, tworząc jedno cięższe jądro, uwalniając przy tym dużą ilość energii. Na tyle dużą, aby zasilić Słońce i inne gwiazdy. Do kontrolowanej syntezy jądrowej dochodzi w specjalnym reaktorze. Chcesz wiedzieć, jak to wygląda? Zajrzyj do środka:

?Record-breaking 59 megajoules of sustained fusion energy at world-leading UKAEA’s Joint European Torus (JET) facility. Video shows the record pulse in action. Full story https://t.co/iShCGwlV9Y #FusionIsComing #FusionEnergy #STEM #fusion @FusionInCloseUp @iterorg @beisgovuk pic.twitter.com/ancKMaY1V2

— UK Atomic Energy Authority (@UKAEAofficial) February 9, 2022

Pierwsza udana fuzja jądrowa została przeprowadzona tzw. metodą inercyjną, czyli wykorzystująca lasery. Jak to działa? Mała kapsuła z paliwem wodorowym jest atakowana promieniami laserowymi, co prowadzi do jej szybkiego nagrzewania i rozszerzania. W efekcie jądra atomów wodoru łączą się ze sobą, tworząc cięższe pierwiastki, a część ich masy uwalniana jest w postaci energii. 

Inna znana metoda wywoływania fuzji jądrowej polega na utrzymywaniu gorącej plazmy w polu magnetycznym. Ten proces wykorzystuje się w europejskich badaniach nad reakcją jądrową. 

Czemu przeprowadzenie udanej fuzji jądrowej zajęło tyle czasu? 

Przeprowadzenie syntezy w reaktorze jądrowym to ogromne wyzwanie technologiczne przede wszystkim ze względu na bardzo wysoką temperaturę, która potrzebna jest do zapłonu. W centrum Słońca proces ten zachodzi w temperaturze około 10 mln stopni Celsjusza. W dodatku ze względu na niższe ciśnienie na Ziemi, aby przeprowadzić kontrolowaną fuzję jądrową, temperatura musi być aż 10 razy wyższa. Już ten fakt oznacza ogromną ilość pochłanianej energii. Jednak na tym nie koniec problemów, ponieważ po wszystkim reaktor należy jeszcze ochłodzić. 

• Przeczytaj także: Sztuczna inteligencja Google kontroluje reakcje jądrową. 

Dlaczego rozwój energii termojądrowej jest ważny?

Po pierwsze fuzja, w przeciwieństwie do spalania paliw kopalnych, nie wytwarza żadnych emisji dwutlenku węgla. Proces ten nie produkuje także odpadów radioaktywnych, tak jak w przypadku standardowych elektrowni jądrowych. Równocześnie nie jest zależna od pogody, tak jak energia słoneczna i wiatrowa. W dodatku ma znacznie większy potencjał energetyczny – kilogram paliwa termojądrowego może wyprodukować nawet 10 milionów razy więcej energii niż kilogram węgla, ropy naftowej czy gazu. Innymi słowy, energia termojądrowa to szansa na najbardziej bezpieczną, zieloną i niezależną energię. 

Jednak przed nami jeszcze długa zanim fuzja jądrowa stanie się powszechnym źródłem czystej energii…

Komercjalizacja energii termojądrowej zajmie kolejne dziesięciolecia

Nie ma wątpliwości, że ostatnie osiągnięcie w Lawrence Livermore National Laboratory to przełom dla rozwoju czystej energii, nad którym pracowano od lat. Jednak zysk energii, który osiągnięto podczas ostatniego eksperymentu to niewielka liczba, która wystarczy wyłącznie do tego, aby podtrzymać syntezę jądrową. 

National Ignition Facility w Kalifornii, czyli miejsce, gdzie przeprowadzono ostatnią fuzję jądrową, nie zostało zaprojektowane do tego, aby komercyjnie wytwarzać energię termojądrową. Jego celem było przeprowadzanie małych wybuchów, aby dostarczać dane na temat broni jądrowej. 

To była jedna kapsuła zapalająca, jedna akcja, a żeby skomercjalizować energię termojądrową, należy zrobić o wiele więcej. Trzeba wytwarzać o wiele, wiele więcej zapłonów termojądrowych na minutę, a aby to było możliwe, potrzebny jest solidny system sterowników laserowych – powiedziała Kim Budil, dyrektor Lawrence Livermore National Laboratory. 

Jeśli będziemy starali się to zrobić poprzez projekty na masową skalę, których budowa wymaga miliardów dolarów i dziesiątek lat rozwoju, może się okazać, że fuzja pojawi się zbyt późno, aby mieć wpływ na zmiany klimatu – dodał prof. Jeremy Chittenden z Imperial College London w rozmowie z New Scientist. 

Prace nad generowaniem energii za pomocą fuzji jądrowej prowadzi zespół ITER, czyli International Thermonuclear Experimental Reactor (Międzynarodowy Eksperymentalny Reaktor Termonuklearny). Aktualnie prace skupione są na budowie specjalnego reaktora. 

• Dowiedz się więcej: Budowa reaktora termojądrowego ITER. 

Źródła: llnl.gov, energy.gov, science.org, newscientist.com, projektpulsar.pl

Fot. główna: llnl.gov

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.