A gdyby tak można było zasilać cały dom przez cały dzień za pomocą zaledwie pięciosekundowej reakcji? Brytyjscy fizycy podpowiedzą Ci, jak to zrobić. 21 grudnia 2021 r. grupa naukowców zaobserwowała reakcję fuzji jądrowej, w wyniku której w ciągu zaledwie pięciu sekund uzyskano rekordową ilość energii – 59 megadżuli.
Odkrycie to jest jednym z kilku ważnych wydarzeń ostatnich lat, które sprawiają, że technologia fuzji jądrowej staje się coraz silniejszym potencjalnym kandydatem na energię wolną od paliw kopalnych. Reakcja ta, przeprowadzona przez naukowców z konsorcjum EUROfusion, ponad dwukrotnie przekroczyła ostatni rekord energii syntezy jądrowej, który w 1997 r. wynosił 21,7 megadżula. Do wytworzenia tej ogromnej energii wykorzystali oni urządzenie Joint European Torus (JET).
„To osiągnięcie jest wynikiem wieloletnich przygotowań zespołu EUROfusion, składającego się z naukowców z całej Europy” – powiedział w komunikacie Tony Donné, kierownik programu EUROfusion. „Rekord, a co ważniejsze to, czego dowiedzieliśmy się o fuzji w tych warunkach i to, że w pełni potwierdza nasze przewidywania, pokazuje, że jesteśmy na dobrej drodze do przyszłego świata energii termojądrowej. Jeśli potrafimy utrzymać fuzję przez pięć sekund, możemy to robić przez pięć minut, a następnie pięć godzin w miarę zwiększania skali naszych działań w przyszłych urządzeniach.”
JET jest największym i najpotężniejszym działającym „tokamakiem” na świecie – i w zasadzie wygląda jak gigantyczny metalowy pączek. Urządzenia tokamakowe zamykają plazmę w kształcie pączka, a pola magnetyczne zatrzymują ogromne ilości ciepła potrzebne do przeprowadzenia procesu. Wewnątrz JET temperatura może osiągnąć 150 milionów stopni Celsjusza, czyli 10 razy więcej niż w centrum Słońca.
Eksperyment ten ma kluczowe znaczenie dla przygotowań do budowy ITER – powstającego i ukończonego w 80 procentach planu budowy jeszcze większej wersji tokamaka JET. Tym razem naukowcy nie chcą tylko wytwarzać energii – celem ITER-a jest produkcja energii netto, czyli więcej energii wychodzącej niż wchodzącej do procesu. Projekt, którego siedziba znajduje się w południowej Francji, jest realizowany od 1985 roku. Uczestniczą w nim najwybitniejsi naukowcy zajmujący się energią z Chin, Unii Europejskiej, Indii, Japonii, Korei, Rosji i Stanów Zjednoczonych. W planach jest także projekt EU-Demo – następna po ITER-ze generacja tokamaków do syntezy jądrowej, które będą podłączone do sieci energetycznej.
JET działa dzięki wykorzystaniu dwóch składników -uteru i trytu. Deuter jest jednym ze stabilnych izotopów wodoru i na szczęście występuje w dużych ilościach w wodzie morskiej – według danych Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych szacuje się, że 1 na 5000 atomów wodoru w wodzie morskiej to prawdopodobnie deuter. Energii szacuje, że gdy projekty syntezy jądrowej staną się rzeczywistością, jeden galon wody morskiej może wytworzyć tyle energii, co 300 galonów benzyny.
Z drugiej strony, tryt występuje w przyrodzie rzadko. Radioaktywne izotopy są wytwarzane lub „hodowane” w reaktorach jądrowych poprzez wystawianie litu na działanie energetycznych neutronów. Eksperci ITER przewidują, że ilość możliwego do wydobycia litu jest wystarczająca do pracy reaktorów fuzji jądrowej przez co najmniej 1000 lat.
Te dwa składniki są następnie wprowadzane do supergorącej plazmy wewnątrz reaktora, gdzie są ze sobą wymuszane w celu wytworzenia helu, neutronu i, oczywiście, energii. A odrobina energii to bardzo dużo.
„Energia, jaką można uzyskać z paliwa, jakim jest deuter i tryt, jest ogromna” – powiedział CNN Tony Roulstone z Wydziału Inżynierii Uniwersytetu w Cambridge. „Na przykład do zaspokojenia całego obecnego zapotrzebowania na energię elektryczną w Wielkiej Brytanii przez jeden dzień potrzeba 0,5 tony deuteru, który można pozyskać z wody morskiej”.
Oczywiście, jest jeszcze wiele do zrobienia, zanim będziemy mogli okrzyknąć fuzję jądrową kolejnym bohaterem czystej energii. JET był w stanie wytrzymać tylko pięć sekund ekstremalnego ciepła, a będziemy potrzebować znacznie więcej, aby osiągnąć czystą energię przyszłości, która jest niezbędna do uniknięcia najgorszych zmian klimatycznych.
„Jest oczywiste, że musimy dokonać znaczących zmian, aby stawić czoła skutkom zmian klimatu, a fuzja termojądrowa oferuje tak duży potencjał” – powiedział w komunikacie Ian Chapman, dyrektor generalny współpracującego z JET brytyjskiego Urzędu Energii Atomowej. „Budujemy wiedzę i opracowujemy nowe technologie niezbędne do stworzenia niskoemisyjnego, zrównoważonego źródła energii dla obciążenia podstawowego, które pomoże chronić naszą planetę dla przyszłych pokoleń. Nasz świat potrzebuje energii termojądrowej”.
