Naukowcy z europejskiego konsorcjum EUROfusion, w którym uczestniczą także Polacy, wytworzyli stabilną plazmę, uzyskując 59 megadżuli energii w największym na świecie obiekcie syntezy jądrowej - tokamaku JET w W. Brytanii. O ważnym kroku ku praktycznemu wykorzystaniu syntezy jądrowej poinformowały w środę jednostki uczestniczące w badaniach.
Nowe osiągnięcie uzyskano w ramach kampanii eksperymentalnej EUROfusion. Jej celem jest weryfikacja 20-letnich efektów badań syntezy jądrowej i przygotowanie do rozpoczęcia innego, międzynarodowego projektu - ITER.
Fuzja termojądrowa to proces, który "zasila" gwiazdy, takie jak nasze Słońce. Z fizycznego punktu widzenia jest ona procesem połączenia dwóch atomów, np. deuteru z deuterem albo deuteru i trytu, które tworzą inny atom - hel, a przy okazji wydziela się energia. Ponieważ jądra atomów mają ładunek dodatni, odpychają się. Do zderzenia można je jednak zmusić, np. kompresując plazmę impulsem laserowym albo rozpędzając atomy przez podgrzewanie gazu do bardzo wysokiej temperatury, sięgającej 80 albo 100 mln stopni. Im większa temperatura, tym większa jest prędkość i szansa, że atomy zdążą się zderzyć. Plazmę można podgrzewać mikrofalami, przepuszczając przez nią prąd, albo za pomocą iniektorów, wstrzeliwujących w obszar plazmy rozpędzoną wiązkę atomów deuteru. Po podgrzaniu, plazma zaczyna produkować energię. Podobnie jak w elektrowni węglowej czy atomowej, ciepło odbierane jest za pomocą wody, którą podgrzewa - albo zamienia w parę.
Fuzję można przeprowadzać w różnych urządzeniach, stellaratorach lub tokamakach, w których główna komora ma kształt torusa. Odbywa się ona w specjalnym zbiorniku, w którym panuje bardzo niskie ciśnienie. Plazma jest tak gorąca, że nie może mieć bezpośredniego kontaktu ze ściankami zbiornika. Jest ona utrzymywana w zwartym słupie wewnątrz pierścienia dzięki silnemu polu magnetycznemu. Energia uwalnia się w postaci ciepła, które można przekształcić w energię elektryczną.
Źródło energii z wykorzystaniem niewielkiej ilości paliwa
Eksperci twierdzą, że w dalszej perspektywie opanowanie fuzji termojądrowej oznacza źródło czystej energii elektrycznej z wykorzystaniem niewielkiej ilości paliwa, które można pozyskiwać na całym świecie z niedrogich materiałów. Do tego fuzja jest z natury bezpieczna, gdyż nie może rozpocząć procesu, którego nie da się kontrolować, jak to jest w przypadku rozszczepu atomu.
Naukowcy od lat starają się opanować kolejne kroki w tym procesie
W środę międzynarodowy zespół ekspertów poinformował o przeprowadzeniu rekordowych reakcji syntezy jądrowej. Eksperyment przeprowadzono w tokamaku Joint European Torus (JET), który powstał i działa w Culham w Wielkiej Brytanii jako Wspólne Przedsięwzięcie Wspólnoty Europejskiej od 1977 r.
Reakcje syntezy jądrowej uwolniły w sumie 59 megadżuli energii w postaci ciepła podczas pięciosekundowej fazy wyładowania plazmy. Wyrażając to w jednostkach mocy (energia na jednostkę czasu), JET osiągnął uśrednioną moc wyjściową nieco ponad 11 megawatów (megadżuli na sekundę) w ciągu pięciu sekund. Poprzedni rekord energetyczny z roku 1997 (również ustanowiony przez JET i także dotyczący deuteru i trytu) wynosił niecałe 22 megadżule całkowitej energii i 4,4 megawata mocy uśrednionej w ciągu pięciu sekund (to ponad 2,5 razy mniej, niż wynosi nowy rekord).
Konsorcjum złożone z 30 organizacji badawczych oraz 150 podmiotów stowarzyszonych
Za nowym dokonaniem stoją naukowcy z konsorcjum EUROfusion, złożonego z 30 organizacji badawczych oraz 150 podmiotów stowarzyszonych, w tym uczelni i firm z 25 krajów Unii Europejskiej oraz Wielkiej Brytanii, Szwajcarii i Ukrainy - w sumie około 4800 ekspertów, studentów i pracowników. Polskę reprezentuje w nim Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy (IFPiLM). Program EUROfusion ma dwa cele: przygotowanie do eksperymentów na tokamaku ITER i opracowanie koncepcji przyszłej europejskiej demonstracyjnej elektrowni termojądrowej EU DEMO. - Jeśli jesteśmy w stanie kontrolować fuzję przez pięć sekund - możemy to robić przez pięć minut, a następnie przez pięć dni, w miarę zwiększania skali funkcjonowania urządzeń w przyszłości - tak wyniki uzyskane w tokamaku JET podsumowuje Tony Donné, manager programu EUROfusion.
Jak podkreśla dr hab. Agata Chomiczewska z IFPiLM, nowe wyniki stanowią zwieńczenie ważnego etapu badań nad kontrolowaną syntezą jądrową. - Coraz bardziej realna staje się wizja opracowania technologii bezpiecznego wytwarzania naprawdę czystej i taniej energii - dodała. Monika Kubkowska z IFPiLM i członek Rady Zarządzającej konsorcjum EUROfusion zaznaczyła z kolei, że energia termojądrowa "jest przyszłością", a "świat potrzebuje czystej, niskoemisyjnej i nieograniczonej energii”. (PAP)
