Przełom w badaniach nad fuzją jądrową. To duży krok ku taniej i czystej energii

- Poniedziałek 5 grudnia 2022 był ważnym dniem dla nauki. Podczas eksperymentu 192 wysokoenergetyczne lasery skupiły się na celu wielkości ziarna pieprzu, podgrzewając kapsułę deuteru i trytu do ponad 3 mln stopni Celsjusza, chwilowo symulując warunki wewnątrz gwiazdy, osiągając zapłon - powiedziała dr Jill Hruby, podsekretarz energii ds. energii jądrowej. - Zrobiliśmy pierwsze niepewne kroki w kierunku czystego źródła energii, które może zrewolucjonizować świat - dodała.

Jak powiedziała dr Kim Budil, szefowa Lawrence Livermore National Laboratory, ośrodka, w którym wykonano badanie, w trakcie eksperymentu pozyskano ok. 3,15 megadżula energii z 2,05 megadżula, które włożono w reakcję. Oceniła jednak, że droga do wykorzystania tej technologii w elektrowni może zająć dekady.

Czyste i wydajniejsze, niż wszystkie znane dotychczas, źródło energii dałoby światu szansę na odejście od paliw kopalnych i uporanie się z kryzysem klimatycznym.

- Wykazanie przyrostu energii w eksperymencie z syntezą jądrową byłoby bardzo znaczącym osiągnięciem naukowym i technologicznym. Po pierwsze, pokazałoby to, że możemy stworzyć i kontrolować źródło energii termojądrowej w laboratorium. Od dziesięcioleci stanowi to jedną z największych przeszkód w rozwoju energii termojądrowej. A po drugie, pozwoliłoby to naukowcom szczegółowo zbadać, co dzieje się w „płonącej plazmie”, w której zachodzą reakcje syntezy jądrowej. Pomogłoby to zoptymalizować ilość energii, którą można uzyskać z eksperymentów związanych z syntezą jądrową - powiedział dr Brian Applebe, pracownik naukowy na Wydziale Fizyki Imperial College’u w Londynie.

Fuzja jądrowa polega na zderzeniu atomów ciężkiego wodoru (deuteru, czyli izotopu wodoru, w którego jądrze oprócz protonu znajduje się jeden neutron), w wyniku czego powstaje hel i uwalnia się ogromna ilości energii. Taki proces zachodzi w sposób naturalny we wnętrzu gwiazd, np. w Słońcu, gdzie panuje temperatura ok. 15 milionów stopni Celsjusza. Jest to proces odwrotny do wykorzystywanej w elektrowniach i bombach atomowych reakcji rozszczepania atomów. Co jednak najważniejsze, nie wymaga używania radioaktywnego paliwa, przez co jest znacznie bardziej bezpieczny.

Testy syntezy jądrowej są prowadzone od 1972 roku, ale dopiero podczas eksperymentu w Livermore naukowcom po raz pierwszy pierwszy udało się wytworzyć więcej energii niż zużyto do jego przeprowadzenia. A to oznacza, że mamy do czynienia z potencjalnym źródłem energii.

Do eksperymentu w Lawrence Livermore National Laboratory użyto największego na świecie lasera, emitującego 192 wiązki światła o temperaturze ponad trzykrotnie wyższej niż wnętrze Słońca. Może to być przełomowy moment w odejściu ludzkości od paliw kopalnych na rzecz całkowicie czystych źródeł energii, które nie zanieczyszczają powietrza ani nie niszczą krajobrazu kopalniami ani rurociągami. Jedna szklanka deuteru mogłaby zasilać średniej wielkości dom przez setki lat, bez emisji dwutlenku węgla.

- Eksperyment Lawrence Livermore National Laboratory pokazuje, że naukowcy mogą uzyskać więcej energii, niż dostarczyli za pomocą lasera. To rzeczywiście wielki postęp, ale ale jeszcze dużo jest do zrobienia. Po pierwsze, musimy uzyskać znacznie więcej energii, niż dostarczamy, aby pokryć straty energii podczas w generowania światła laserowego itp. Po drugie, Lawrence Livermore National Laboratory może generować tego rodzaju wyniki mniej więcej raz dziennie, a elektrownia termojądrowa musiałaby robić to dziesięć razy na sekundę - studzi entuzjazm Justin Wark, profesor fizyki na Uniwersytecie Oksfordzkim. Dodaje jednak, że nie do przecenienia jest fakt, że te podstawowe badania naukowe są coraz bardziej nagłaśniane i lepiej rozumiane, co powinno pobudzić inwestycje w szersze, już komercyjne wykorzystanie tej technologii.

Znacznie więcej optymizmu wykazuje włoski profesor fizyki Gianluca Gregori. - Zastosowana w Lawrence Livermore metoda przeprowadzenia syntezy jądrowej wymaga tysiąckrotnej kompresji materii do ultrawysokich gęstości i temperatur, aby naśladować zjawiska zachodzące we wnętrzu Słońca, wyjątkowo efektywnego naturalnego reaktora syntezy jądrowej. Chociaż nie jest to jeszcze rozwiązanie ekonomicznie opłacalne, bo koszty przeprowadzenia reakcji są wygórowane, a ilość uwolnionej energii na razie nieduża, przez co jej koszt jest wyższy niż prądu z gniazdka. Ale dzięki temu dokonaniu naukowców przyszłość ludzkości rysuje się w o wiele jaśniejszych barwach - stwierdził.

PAP/zn