Energia z serca gwiazd - bezemisyjna i wydajniejsza niż atom. Przełomowy eksperyment

W samym środku kryzysu energetycznego zrobiliśmy krok w kierunku nowego źródła energii. Czystej, bardzo wydajnej i niemal niewyczerpalnej. To fuzja jądrowa, reakcja, która zachodzi w jądrach gwiazd. Uczymy się ją kontrolować i europejscy naukowcy właśnie pokazali, że jest to możliwe.

Fuzja jądrowa napędza nasze Słońce i inne gwiazdy. Od dekad próbujemy ją ujarzmić. Teraz, w czasie, gdy szukamy nowych źródeł energii, stabilnych i bezpiecznych, nie emitujących gazów cieplarnianych, fuzja staje się świętym graalem gospodarki - strategicznie ważnym i nie szkodzącym środowisku sposobem wytwarzania energii elektrycznej. 

Rozpalić Słońce na Ziemi

Reakcje fuzji termojądrowej polegają na wytworzeniu gorącej plazmy, z której następnie uzyskiwane są duże ilości energii. Na Ziemi takie reakcje przeprowadzane są w tokamakach. Tokamak to urządzenie w kształcie torusa - przypomina "oponkę". Ten kształt sprawia, że udaje się "złapać" plazmę, a elektromagnesy wytwarzające pole magnetyczne utrzymują ją z dala od ścian reaktora. To konieczne, bo temperatura plazmy sięga aż 150 milionów stopni Celsjusza. 

W największym tokamaku na świecie, w brytyjskim Oxfordshire, naukowcy z projektu Joint European Torus (JET), ustanowili właśnie rekord. Wygenerowali 59 megadżuli ciepła w czasie pięciu sekund - to tyle, ile dałoby 14 kilogramów trotylu. Wydaje się, że to niewiele, ale to ponad dwa razy więcej niż udało się osiągnąć w czasie poprzedniego rekordu na tym urządzeniu, w 1997 roku. Jak to wyglądało? Mamy nagrania ze środka tokamaka. W projekcie biorą też udział naukowcy z Polski - o tym, na czym polega fuzja, dlaczego niedawny rekord oznacza przełom i kiedy będziemy wykorzystywać fuzję jądrową w elektrowniach opowiedziały nam Monika Kubkowska i Agata Chomiczewska z Instytutu Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy: 

Strategicznie ważne badania i przyszłość energetyki

JET powstał w ramach europejskiego projektu w 1977 roku, obsługuje go konsorcjum EUROfusion. Eksperymenty tam prowadzone są wstępem dla ITER-a. ITER, który powstaje właśnie na południu Francji, będzie jeszcze większym i bardziej zaawansowanym tokamakiem niż JET. To jednocześnie jeden z największych międzynarodowych projektów naukowych w historii. Biorą w nim udział Unia Europejska, Chiny, Indie, Japonia, Korea Południowa, Rosja i Stany Zjednoczone. Cel: ujarzmienie syntezy termojądrowej - bezpiecznego, wydajnego i niskoemisyjnego źródła energii.

W tym przypadku kluczowa jest kontrola. I w ciągu tych pięciu sekund naukowcom w Oxfordshire udało się przeprowadzić fuzję jądrową w pełni kontrolowany sposób. Podobne eksperymenty odbywają się np. w Chinach czy Korei Południowej, gdzie fuzja generowana jest w dłuższym czasie, nawet kilkunastu minut. Jak wyjaśnia Agata Chomiczewska, europejski rekord ograniczany był jedynie technologią tokamaka, w którym zastosowano elektromagnesy miedziane.

- Chińczycy rozwijają technologię nadprzewodzących magnesów, chłodzonych ciekłym azotem, które tak szybko się nie rozwijają. Są odpowiedzialni za dostarczenie magnesu dla ITER-a, gramy więc do jednej bramki. JET jest nie tylko największym urządzeniem do fuzji na świecie, ale i jedynym, które może pracować z plazmą deuterowo-trytową - paliwem przyszłości, no i to na naszym tokamaku uzyskaliśmy rekord w pozyskiwaniu energii - tłumaczy Agata Chomiczewska. 

Fuzja z wyzwaniami

150 mln stopni to 10 razy więcej niż w rdzeniu Słońca. I to jedna z przyczyn tego, że fuzję jądrową na Ziemi trudno jest uzyskać. Kolejną przeszkodą jest paliwo. Ma być nim mieszanka izotopów wodoru - deuteru i trytu. O ile deuter łatwo jest uzyskać z wody morskiej, o tyle zasoby trytu na świecie są bardzo ograniczone. W tokamaku JET wytwarzany jest on dzięki reakcji z litem - którego na szczęście mamy znacznie więcej. Trzecim wyzwaniem są wspomniane magnesy. 

- Badania nad energetyką termojądrową prowadzone są w Europie w ramach programu badawczo-szkoleniowego wspólnoty Euratom [IAEA - Europejska Wspólnota Energii Atomowej - red.] poprzez konsorcjum EUROfusion. To konsorcjum złożone jest z 30 organizacji badawczych z 25 krajów UE i Wielkiej Brytanii, Szwajcarii i Ukrainy. Polskę reprezentuje Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy. W tym celu zostało powołane Centrum Naukowo Przemysłowe Nowe Technologie Energetyczne, które skupia wszystkie jednostki, instytucje w kraju, które realizują projekt EUROfusion. Oczywiście, jesteśmy otwarci na nowe jednostki. Jest to też wyzwanie i interesująca oferta dla firm przemysłowych, które poprzez udział w projekcie EUROfusion mogą występować o większe kontrakty dla przyszłej doświadczalnej elektrowni termojądrowej ITER - dodaje Monika Kubkowska.