Rewolucyjny sposób produkcji energii. Stworzyli plazmę gorętszą niż Słońce

Technologia fuzji jądrowej ma potencjał, by zrewolucjonizować nasze źródła energii. Naukowcy uczą się, jak kontrolować proces łączenia jąder atomowych. Jak donosi "National Geographic", we francuskim reaktorze fuzyjnym WEST udało się utrzymać plazmę w temperaturze 50 milionów stopni Celsjusza przez 6 minut. Jest to znacząco wyższa temperatura niż ta panująca w jądrze Słońca, która wynosi "zaledwie" 15 milionów st. C.

Ten imponujący rezultat osiągnęli naukowcy z Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL). I mimo że osiągnięcie nowego rekordu jest istotnym krokiem do opanowania technologii fuzji jądrowej, warto mieć świadomość, że prawdopodobnie minie jeszcze wiele lat, zanim będziemy w stanie budować elektrownie oparte na tej technologii. Kluczowe jest zrozumienie, jak utrzymać plazmę stabilną nie tylko przez kilka minut, ale przez wiele godzin.

Fuzja jądrowa to proces, który naśladuje zjawiska zachodzące w sercu Słońca. Podczas fuzji atomy wodoru łączą się, tworząc cięższy pierwiastek – hel. Procesowi temu towarzyszy uwalnianie ogromnej ilości energii, większej niż w przypadku rozpadu jądrowego.

Zgodnie z informacjami "National Geographic" kilogram paliwa fuzyjnego, czyli mieszanki izotopów wodoru – deuteru i trytu, może wyprodukować energię czternaście milionów razy większą niż kilogram paliwa kopalnego. Nie wydziela przy tym gazów cieplarnianych. Te dane świadczą o tym, że fuzja jądrowa ma potencjał stać się źródłem nieograniczonej i czystej energii.

Luis Delgado-Aparicio, dyrektor projektów zaawansowanych w PPPL, mówi o fuzji jądrowej jako o stworzeniu "Słońca na Ziemi", co jest niesamowicie trudne. Naukowcy muszą osiągnąć temperatury wyższe niż te w jądrze Słońca, aby zrekompensować niższe ciśnienie, w którym zachodzi fuzja.

Dodatkowo naukowcy stoją przed wyzwaniem utrzymania reakcji syntezy jąder atomowych, która szybko wygasa, jeśli mieszanka paliwowa jest zanieczyszczona. Kluczowe jest również utrzymanie długotrwałości fuzji – proces ten musi trwać na tyle długo, by wygenerować więcej energii, niż potrzeba do nagrzania plazmy do pożądanej temperatury. Dotychczas nie udało się osiągnąć produkcji nadwyżki energii, chociaż ostatni rekord przyniósł 15 proc. więcej energii niż wcześniejsze próby.

Tokamaki to reaktory fuzyjne o kształcie obwarzanka z otworem w środku. Plazma jest w nich utrzymywana dzięki silnemu polu magnetycznemu. Kluczową kwestią konstrukcyjną jest materiał, z którego zbudowane są ściany reaktora.

Reaktor WEST początkowo zbudowano z węgla, który był łatwy w obróbce, ale pochłaniał tryt z mieszanki paliwowej. W 2012 roku zastąpiono go wolframem, mimo że ten materiał również ma wady. Pod wpływem wysokich temperatur topi się i zanieczyszcza plazmę, co prowadzi do ochłodzenia i zahamowania syntez jądrowych. Z wolframu zbudowane będą również części reaktora ITER, największego eksperymentalnego reaktora, który powstaje w południowej Francji.

Naukowcy z PPPL opracowali również ulepszone narzędzie diagnostyczne, które pozwala na precyzyjne monitorowanie temperatury plazmy i śledzenie niepożądanego przemieszczania się wolframu ze ścian. To doświadczenie będzie wykorzystane przy pracy nad reaktorem ITER.