Marzenie o nieskończonym, czystym źródle energii, które mogłoby raz na zawsze rozwiązać globalny kryzys klimatyczny i surowcowy, właśnie stało się nieco bardziej realne. Naukowcy z Chin dokonali spektakularnego postępu w pracach nad fuzją jądrową, bijąc kolejne rekordy temperatury w swoim eksperymentalnym reaktorze. W naszym serwisie przyglądamy się, co ten technologiczny wyczyn oznacza dla przyszłości energetyki i czy wizja „sztucznego słońca” na Ziemi wkrótce się ziści.
Piekło ujarzmione w polu magnetycznym
Eksperymentalny Zaawansowany Tokamak Nadprzewodzący (EAST), pieszczotliwie nazywany przez media „sztucznym słońcem”, to jedno z najbardziej zaawansowanych urządzeń badawczych na świecie, zlokalizowane w Instytucie Fizyki Plazmy w Hefei. Jego zadaniem jest naśladowanie procesów zachodzących wewnątrz gwiazd, czyli łączenia lekkich jąder atomowych w cięższe, czemu towarzyszy wyzwolenie potężnych ilości energii. Aby jednak do tego doszło na Ziemi, potrzebne są warunki znacznie bardziej ekstremalne niż te panujące w kosmosie, ponieważ nie dysponujemy grawitacją zdolną do naturalnego sprężania materii.
Najnowsze osiągnięcie chińskiego zespołu jest wprost oszałamiające. Badaczom udało się rozgrzać elektrony w plazmie do temperatury przekraczającej 100 milionów stopni Celsjusza. Dla porównania – temperatura w jądrze naszego Słońca wynosi „zaledwie” około 15 milionów stopni. Oznacza to, że wewnątrz reaktora w Hefei stworzono warunki ponad sześciokrotnie gorętsze niż w centrum Układu Słonecznego. Utrzymanie tak niewyobrażalnego żaru w ryzach jest możliwe tylko dzięki potężnym polom magnetycznym, które sprawiają, że rozgrzana plazma lewituje, nie dotykając ścian komory reaktora – w przeciwnym razie każde znane tworzywo natychmiast by wyparowało.
Klucz do stabilnej fuzji
Dlaczego akurat 100 milionów stopni jest tak magiczną barierą? Jak informuje portal Forschung und Wissen, osiągnięcie tego pułapu jest absolutnie niezbędne do przeprowadzenia stabilnej fuzji jądrowej z wykorzystaniem deuteru i trytu (izotopów wodoru). To właśnie w tej temperaturze cząstki mają wystarczającą energię kinetyczną, by przezwyciężyć wzajemne odpychanie elektrostatyczne i połączyć się, uwalniając energię.
Sukces reaktora EAST nie polega tylko na chwilowym „błyśnięciu” wysoką temperaturą. Wyzwaniem, z którym mierzą się fizycy na całym świecie, jest utrzymanie stabilności plazmy przez dłuższy czas. Chiński eksperyment udowodnił, że możliwe jest osiągnięcie parametrów niezbędnych do pracy przyszłych elektrowni fuzyjnych. Oprócz temperatury, kluczowe są także gęstość plazmy oraz czas jej utrzymania – i to właśnie kombinacja tych czynników decyduje o tym, czy proces będzie energetycznie opłacalny.
Wkład w globalny projekt ITER
Choć sukces Chin jest imponujący, warto pamiętać, że EAST jest poligonem doświadczalnym dla znacznie większego, międzynarodowego przedsięwzięcia. Dane uzyskane w Hefei są bezcenne dla projektu ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), budowanego obecnie we Francji. ITER ma być pierwszym na świecie urządzeniem, które wyprodukuje więcej energii z fuzji, niż zużyje do jej podtrzymania.
Chińscy naukowcy nie pracują więc w próżni. Ich osiągnięcia stanowią cegiełkę do globalnego wysiłku, w który zaangażowane są Unia Europejska, USA, Rosja, Japonia, Korea Południowa i Indie. Przekroczenie progu 100 milionów stopni pokazuje, że technologia tokamaków (magnetycznych pułapek na plazmę) jest słusznym kierunkiem rozwoju. Mimo że do momentu, w którym włączymy w domach światło zasilane prądem z fuzji jądrowej, miną jeszcze dekady, dzisiejsze wyniki z Chin sugerują, że fizyka stoi po naszej stronie, a bariery inżynieryjne są trudne, lecz możliwe do pokonania.
