Page 18FCEBD2B-4FEB-41E0-A69A-B0D02E5410AERectangle 52 Przejdź do treści

Szanowni Państwo!

Wiele osób spośród naszych Czytelników i Czytelniczek wybiera tradycyjną drukowaną wersję kwartalnika, ale są także tacy, którzy coraz częściej korzystają z nośników elektronicznych. Dlatego wprowadzamy cyfrową wersję „Przekroju”. Zapraszamy do wykupienia prenumeraty, w której ramach proponujemy nieograniczony dostęp do aktualnych i archiwalnych wydań kwartalnika.

Ci z Państwa, którzy nie zdecydują się na prenumeratę, będą mieli do dyspozycji bezpłatnie 3 „Przekrojowe” teksty oraz wszystkie rysunki Marka Raczkowskiego, krzyżówki, recenzje, ilustracje i archiwalne numery z lat 1945–2000. Zapraszamy do lektury!

wykup prenumeratę cyfrową
Przekrój
Kilkadziesiąt litrów wody dziennie i trochę kamieni – to wystarczy, by zaopatrzyć w energię kraj ...
2017-06-20 00:00:00

Sztuczne Słońce nad Bałtykiem

Sztuczne Słońce nad Bałtykiem

Kilkadziesiąt litrów wody dziennie i trochę kamieni – to wystarczy, by zaopatrzyć w energię kraj taki jak Polska. Trzeba tylko rozgrzać paliwo do temperatury wyższej niż panująca na Słońcu. Tuż za naszą zachodnią granicą, z udziałem polskich naukowców, powstało urządzenie, które w przyszłości taką wizję pozwoli zrealizować. „Przekrój” był tam z wizytą.

Greifswald, nadbałtyckie miasteczko uniwersyteckie w północno-wschodnich Niemczech. Około 70 km od Świnoujścia. Niewielki rynek. Urocza starówka. Katedra z XIII w. Rzeka, przy której brzegu cumują zabytkowe żaglowce. Nieco dalej od centrum – blokowiska przypominające o enerdowskiej przeszłości regionu.

Na obrzeżach miasta od 2001 r. działa Instytut Fizyki Plazmy im. Maxa Plancka, a w nim – od 2015 r. – największy na świecie stellarator, urządzenie, dzięki któremu możliwe jest wzbudzenie reakcji fuzji termojądrowej, dokładnie takiej, jaka we wnętrzu gwiazd odpowiada za produkcję energii. To dzięki tej reakcji Słońce ogrzewa naszą planetę, to dzięki niej na Ziemi panują warunki, które pozwoliły na pojawienie się życia.

„Stellarator Wendelstein 7-X, znajdujący się w Greifswaldzie, to jedno z najbardziej zaawansowanych rozwiązań, których celem jest przeniesienie reakcji fuzji termojądrowej z gwiazd na ziemię” – mówi „Przekrojowi” profesor Thomas Klinger, uśmiechnięty, pełen energii, nieco ponadpięćdziesięcioletni mężczyzna kierujący instytutem od początku jego istnienia. W jego pokoju widać gigantyczne ekrany pozwalające monitorować pracę stellaratora i analizować dane dostarczane przez skomplikowaną aparaturę pomiarową. Na stole konferencyjnym ciasteczka, ozdobione uformowaną z czekolady pięciokrotnie skręconą wstęgą Möbiusa będącą odwzorowaniem kształtu tunelu stellaratora.

Zamów prenumeratę cyfrową

Z ostatniej chwili!

U nas masz trzy bezpłatne artykuły do przeczytania w tym miesiącu. To pierwszy z nich. Może jednak już teraz warto zastanowić się nad naszą niedrogą prenumeratą cyfrową, by mieć pewność, że żaden limit Cię nie zaskoczy?

Nuklearny bilard

Fuzja, zwana też syntezą jądrową, to reakcja polegająca na łączeniu lekkich jąder atomowych w cięższe, czemu towarzyszy uwalnianie się dużych ilości energii kinetycznej, którą można przekształcić w ciepło. Paliwem dla takiej reakcji jest najczęściej wodór, a dokładnie jego dwa izotopy (czyli odmiany) – deuter i tryt.

Jądro deuteru składa się z jednego protonu (cząstki o ładunku dodatnim) i jednego neutronu (cząstki bez ładunku elektrycznego). Jądro trytu ma jeden proton i dwa neutrony. Kiedy oba jądra się zderzają, powstaje jądro nowego pierwiastka – helu – składające się z dwóch protonów i dwóch neutronów. Produktem ubocznym jest energia i jeden neutron wyrzucony z ogromną siłą.

„Cały proces przypomina nieco bilard, choć z pewną znaczącą różnicą – tłumaczy prof. Klinger. – Po każdym zderzeniu jądra zmieniają nie tylko swój kierunek, ale też charakter (z deuteru i trytu zamieniają się w hel), a co jeszcze dziwniejsze, tuż po zderzeniu są tysiąckrotnie szybsze niż przed nim. To właśnie uzyskana tym sposobem energia kinetyczna jąder atomowych może zostać wykorzystana do produkcji energii”.

Problem polega na tym, że w temperaturze pokojowej naładowane dodatnio jądra atomów wcale nie są sobą wzajemnie zainteresowane. Nie chcą się łączyć, bo ich ładunki elektryczne się odpychają. Aby ich wzajemną niechęć pokonać, trzeba im nadać dużą prędkość i zderzyć je ze sobą. Do takiego małżeństwa z rozsądku można doprowadzić tylko dzięki bardzo wysokim temperaturom. Na Słońcu fuzja termojądrowa zachodzi przy 10 mln stopni Celsjusza, ale tam dodatkowym czynnikiem, który jej sprzyja, jest wysokie ciśnienie wywołane ogromną siłą ciążenia. Na Ziemi, gdzie grawitacja jest znacznie słabsza, aby mogło dojść do reakcji, konieczne jest zwiększenie temperatury do 100 mln stopni Celsjusza.

Tak silne rozgrzanie gazu nie jest problemem. Wystarczy użyć do tego działek emitujących mikrofale. Podobnych do tych, które podgrzewają jedzenie w kuchenkach mikrofalowych, choć tysiące razy mocniejszych. Dzięki nim mieszanka deuteru i trytu zamienia się w plazmę, czyli zjonizowaną materię, w której większość cząstek jest naładowana elektrycznie.

W powieści Stanisława Lema planetę Solaris pokrywał ocean plazmowej materii, który później okazał się formą sztucznej inteligencji. Plazma uzyskiwana w warunkach ziemskich, ale też ta obecna w jądrze słonecznym, nie jest tak tajemnicza, jednak ma pewne niezwykle ważne właściwości, kluczowe z punktu widzenia produkcji energii. Na skutek obecności jonów i swobodnych elektronów plazma silnie oddziałuje z polem elektrycznym i magnetycznym. Oznacza to, że po pierwsze plazma jest w stanie przewodzić prąd, a po drugie, że jej kształt można formować za pomocą silnego pola elektromagnetycznego.

Ta druga właściwość jest bardzo ważna, ponieważ kiedy podgrzeje się gaz do temperatury 100 mln stopni Celsjusza i zamieni go w plazmę, żaden materiał nie jest w stanie utrzymać go w zamkniętej przestrzeni. Ściany wszelkich naczyń wykonanych z najwytrzymalszych materiałów po prostu się topią, a gaz momentalnie się ochładza. Właśnie dlatego do badań nad fuzją termojądrową opracowano technologię pozwalającą uwięzić plazmę w elektromagnetycznej pułapce. Aby było to możliwe, wokół metalowego i szczelnie zamkniętego tunelu z gazem należy umieścić ogromne elektromagnesy. Ponieważ jądra atomów są naładowane elektrycznie, mogą po prostu lewitować w silnym polu magnetycznym, wytworzonym wewnątrz naczynia. Jedynie neutrony nie mają ładunku elektrycznego i kiedy w wyniku reakcji fuzji termojądrowej zostaną uwolnione, wymykają się z elektromagnetycznej pułapki. Wówczas z ogromną prędkością uderzają w ścianki zewnętrznego naczynia i rozgrzewają je. W elektrowniach przyszłości wykorzystujących fuzję termojądrową to właśnie uderzające w ścianki neutrony będą źródłem energii cieplnej. To od nagrzanych przez nie ścian naczynia tunelu nagrzewać się będzie woda, a z niej powstanie para napędzająca turbiny generujące prąd elektryczny.

Energia z fuzji

Reakcja syntezy termojądrowej jest bardzo wydajna energetycznie. Elektrownia o mocy 1 GW produkująca energię dzięki fuzji potrzebowałaby 1 kg paliwa dziennie (sic!). Elektrownia o takiej samej mocy, wykorzystująca technologię najbardziej rozpowszechnioną w naszym kraju, spala w ciągu doby 10 tys. ton węgla. Aby lepiej zrozumieć skalę oszczędności, wystarczy dodać, że około 30 elektrowni o mocy 1 GW wystarczy, aby zaspokoić zapotrzebowanie energetyczne całej Polski. Gdyby więc nasz kraj całkowicie przeszedł na energię czerpaną z fuzji termojądrowej, potrzebowałby dziennie zaledwie 30 kg paliwa, a nie 300 tys. jak obecnie.

W dodatku paliwo, z którego dzięki reakcji fuzji termojądrowej zostaje wyprodukowana energia, jest bardzo łatwo dostępne. Deuter pozyskuje się z wody, tryt z litu pochodzącego ze skał. Sam proces pozyskiwania trytu odbywa się w cyklu zamkniętym w reaktorze, przy okazji właściwej reakcji fuzji termojądrowej: neutrony uwalniane w jej efekcie bombardują lit, zamieniając go w tryt i hel.

Dwie butelki zwykłej kranówki i kilka kamieni wystarczą, aby zaspokoić całkowite zapotrzebowanie energetyczne statystycznej rodziny przez rok.

Kolejnym atutem energii pochodzącej z fuzji jest jej ekologiczny wymiar. Jedynym produktem ubocznym reakcji syntezy termojądrowej jest hel – gaz używany do wypełniania balonów. Nie ma szkodliwego tlenku węgla, nie ma dwutlenku węgla ani innych gazów cieplarnianych. Fuzja termojądrowa nie jest reakcją łańcuchową, dlatego w momencie, gdy dojdzie do jakiejkolwiek awarii, tsunami, trzęsienia ziemi czy wówczas, gdy operator urządzenia popełni błąd, reakcja po prostu się zatrzyma. Nie ma też odpadów radioaktywnych ani hałd węglowych (które notabene też są radioaktywne). Wprawdzie generator fuzji termojądrowej to wciąż urządzenie nuklearne, a obsługujące go osoby muszą nosić odzież ochronną, ale promieniowanie jest relatywnie niewielkie. Po zamknięciu takiego obiektu stal użyta do jego konstrukcji jest radioaktywna zaledwie przez 100 lat. To niewiele w porównaniu z klasycznymi elektrowniami jądrowymi, w których i elementy konstrukcyjne, i odpady pozostają radioaktywne przez 10 tys. lat.

Tor rajdowy dla cząstek

Problem polega na tym, że na razie nie istnieje elektrownia, która mogłaby wykorzystać reakcję fuzji termojądrowej do opłacalnej produkcji energii w celach komercyjnych – przede wszystkim ze względu na ograniczoną stabilność plazmy. Tymczasem naukowcy i technicy są w stanie tak skonfigurować plazmę, by reakcja termojądrowa zachodziła przez kilka sekund. Aby mogła powstać elektrownia nowego typu, plazma musiałaby utrzymywać swoje właściwości nieprzerwanie przez wiele godzin.

W wielu ośrodkach naukowych na całym świecie (a także w nielicznych firmach prywatnych) trwają dziś prace mające na celu stworzenie w przyszłości elektrowni, która spełniałaby takie wymogi. Kiedy dokładnie może ona powstać? Naukowcy, z którymi rozmawialiśmy, są ostrożni – najczęściej wskazują na drugą połowę obecnego stulecia. Przypominają też, że każde nowe źródło energii musi poczekać na swój czas. Tak było z węglem, ropą naftową, gazem naturalnym, a ostatnio z odnawialnymi źródłami energii. We wszystkich tych przypadkach musiało upłynąć kilkadziesiąt lat, nim technologie te weszły do głównego nurtu. Podobnie będzie z fuzją.

Na razie powstają urządzenia, których zadaniem jest badanie stabilności plazmy i praktyczne wykazanie, że produkcja energii w ten sposób jest w ogóle możliwa na dużą skalę. Stellarator w Greifswaldzie to taki właśnie model dużej elektrowni.

Pracujący tu polski naukowiec dr Marcin Jakubowski oprowadza nas po obiekcie. Najpierw idziemy długimi korytarzami, a gdy mamy wejść już do pomieszczenia, gdzie pracuje stellarator, musimy założyć ochronne kaski. Przed wejściem na ścianie wiszą tabliczki z nazwami firm i instytucji naukowych, które wzięły udział w budowie urządzenia – w sumie kilkadziesiąt.

Urządzenie ma 16 m średnicy i 5 m wysokości, waży 750 t. Jego centralny element stanowi tunel o charakterystycznym kształcie – to tu powstaje plazma, która dzięki elektromagnesom porusza się z ogromną prędkością wewnątrz tunelu. Sama wstęga plazmy ma średnią grubość 1 m i 6 cm. Całkowita objętość plazmy, która może zostać wytworzona w stellaratorze, wynosi 30 m³.

W docelowej elektrowni tunel będzie miał średnicę 45 m, waga obiektu osiągnie 30 000 t, a objętość plazmy – 1000 m³.

Z wyglądu oba obiekty nie będą się różnić, jedynie skala będzie inna.

Samego tunelu stellaratora Wendelstein 7-X nie widać, nawet gdy wejdzie się na antresolę okalającą całe urządzenie. Główna komora jest ukryta pod plątaniną kabli, rur, elektromagnesów, mierników i stalowych rusztowań. Pozostaje uwierzyć na słowo, że jego kształt jest dokładnie taki, jak ten widoczny na ciastkach w gabinecie dyrektora instytutu. Na rysunkach wygląda tak, jakby ktoś przeciął dętkę rowerową, jedną końcówkę obrócił pięć razy i powtórnie połączył z drugą.

Aby lepiej to sobie wyobrazić, dobrze spojrzeć na, nomen omen, przekrój.

Jeden z uszkodzonych i przez to nigdy nieużytych segmentów tunelu stoi przed wejściem do pomieszczenia, gdzie działa stellarator. Ma wysokość kilku metrów, kształtem przypomina nerkę. Wokół można zobaczyć zdjęcia innych elementów tunelu – podobnych w przekroju to do cytryny, to do owalu jajka.

Wymyślna geometria tunelu nie jest jednak przypadkowa. Wcześniej złożoność tego kształtu wyjaśnia nam dyrektor instytutu. „To efekt obliczeń przeprowadzonych przez superkomputery lat 80. i początku lat 90., które dzisiaj wyglądałyby tak” – mówi, uśmiechając się i pokazując swojego smartfona. To prawda, moc obliczeniowa współczesnych smartfonów dorównuje tej wykorzystywanej przez superkomputery z ubiegłego stulecia.

Kształt tunelu jest tak dobrany, by naładowane elektrycznie cząstki w polu magnetycznym poruszały się jak najszybciej, a zużycie energii potrzebnej do uzyskania plazmy było jak najmniejsze. Aby to osiągnąć, linie pola elektromagnetycznego wyznaczające tor ruchu naładowanych cząstek trzeba odpowiednio pozaginać.

„Ruch cząstek w stellaratorze przypomina przejazd samochodów po torze wyścigowym. Tor też jest zakrzywiony, a na auta poruszające się po nim z dużą prędkością działa siła odśrodkowa. Aby siła ta nie spychała samochodów na zewnątrz toru, ten został tak wyprofilowany, aby działanie tej siły kompensować” – tłumaczy prof. Klinger.

Teraz celem pracujących w Greifs­waldzie naukowców jest wyznaczenie optymalnych parametrów urządzenia, tak aby plazma w trakcie reakcji fuzji termojądrowej była jak najbardziej stabilna. To absolutnie kluczowa kwestia, bo przerwanie tej stabilności oznacza natychmiastowe przerwanie samej reakcji fuzji. Stabilność plazmy to wciąż najsłabszy moment całej układanki, a ustalenie optymalnych parametrów pola magnetycznego, tak aby proces fuzji termojądrowej mógł przebiegać w sposób ciągły, jest najważniejszym zadaniem naukowców i techników pracujących przy stellaratorze.

Pod koniec 2015 r. naukowcy wytworzyli w stellaratorze pierwszą plazmę z helu, a na początku 2016 z wodoru – oba stany trwały dziesiątą część sekundy. W tym czasie gazy, w trakcie kilkusekundowych wyładowań, osiągały temperaturę 100 mln stopni Celsjusza.

W marcu ubiegłego roku maszynę wyłączono, by dodać do niej nowe komponenty poszerzające jej możliwości. Faza rozbudowy została zaplanowana na 14 miesięcy. Pod koniec lata 2017 r. rozpoczną się nowe eksperymenty z gazem o znacznie większej gęstości niż dotychczas i doprowadzonym do znacznie wyższych temperatur. „Wiem, że to wszystko brzmi jak straszne nudy. Jest jeszcze gorzej, gdy dodamy, że w Wendelstein 7-X nigdy nie dojdzie do samej fuzji termojądrowej. Podgrzewamy tylko gaz, by badać parametry urządzenia, ale takie mozolne badania to jedyny sposób, by w przyszłości z tego typu technologii czerpać energię” – mówi prof. Klinger.

Kiedy więc odpowiednie parametry zostaną już ustalone, a to może zająć kilkanaście lat, rozpocznie się budowa prototypowej elektrowni. Ponieważ na razie realny moment rozpoczęcia produkcji energii metodą fuzji termojądrowej jest dość oddalony w czasie, trudno zainteresować tym projektem prywatnych inwestorów. Stellarator w 70% jest finansowany przez rząd Niemiec, 20% funduszy pochodzi ze środków unijnych, ale w projekt finansowo zaangażowały się też rządy USA i… Polski. W 2012 r. na eksperymenty w Greifswaldzie polski rząd przekazał sumę 6,5 mln euro. Przy projekcie pracują obecnie dwaj polscy naukowcy: nasz przewodnik dr Marcin Jakubowski, zajmujący się badaniem oddziaływania plazmy ze ścianą komory, oraz dr Maciej Krychowiak, trudniący się spektroskopową analizą plazmy, ale w projekt było zaangażowanych znacznie więcej naszych rodaków. Brali oni na przykład udział w montażu skomplikowanej instalacji nadprzewodników, kluczowego elementu całej maszyny. „Aby utrzymywać plazmę w bardzo wysokiej temperaturze 100 mln stopni Celsjusza, w stellaratorze wykorzystuje się 50 zwojów elektromagnetycznych w dziwacznych kształtach, dopasowanych do kształtu tunelu. Zwoje te mają właściwości nadprzewodzące, co oznacza, że aby prąd płynął w nich bez strat energetycznych, utrzymywane są w bardzo niskich temperaturach bliskich zera absolutnego. Czyli aby wytworzyć temperaturę z wnętrza gwiazdy, najpierw trzeba obniżyć temperaturę do takiej, jaka panuje w najciemniejszych miejscach kosmosu” – wyjaśnia dr Jakubowski.

Specjaliści w dziedzinie nadprzewodnictwa z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie – ponad 45 techników i inżynierów – zajmowali się montażem 121 14-metrowych nadprzewodników. Teraz polscy naukowcy z Narodowego Centrum Badań Jądrowych w Świerku biorą udział m.in. w produkcji komponentów do podgrzewania plazmy. Dzięki temu zaangażowaniu Polska jest drugim – po Stanach Zjednoczonych – największym z zewnętrznych współtwórców niemieckiego stellaratora.

Od zimnej wojny do gorącej plazmy

No właśnie, po Stanach Zjednoczonych. Choć obecnie największy na świecie stellarator znajduje się w Niemczech, początków samej idei trzeba szukać właśnie w USA, w laboratorium fizyki plazmy w Princeton założonym przez wybitnego astrofizyka Lymana Spitzera. Badania fuzji termojądrowej prowadzone przez niego w połowie lat 50. ubiegłego wieku wzbudziły zainteresowanie amerykańskich władz. W najlepsze trwała zimna wojna i wszelkie technologie nuklearne były analizowane pod kątem przydatności militarnej. Podobnie było z ideą stellaratora stworzoną właśnie przez Spitzera. Prowadzone w Princeton badania nad stellaratorami i fuzją termojądrową zostały uznane za ściśle tajne – opatrzono je kryptonimem Matterhorn.

Jednak wojskowi szybko pojęli, że fuzja termojądrowa to technologia całkowicie pokojowa i badania odtajniono.

Lyman Spitzer przedstawił wyniki swoich prac na odbywającej się w 1959 r. konferencji pokojowej w Genewie. Wtedy ideę stellaratora podchwycił wybitny niemiecki fizyk Werner Heisenberg. To m.in. z jego inicjatywy w bawarskim miasteczku Garching pod Monachium powstał Instytut Fizyki Plazmy Maxa Plancka. Ponieważ Matterhorn wziął nazwę od słynnego alpejskiego szczytu, naukowcy niemieccy uznali, że ich projekt też musi mieć górską nazwę. Wybór padł na Wendelstein – najwyższy szczyt bawarskich Alp.

W Garching zaczęły powstawać pierwsze modele stellaratorów, ale relatywnie niewielkie, średnicy 1, 2 m. Kiedy przyszła pora na zbudowanie dużego urządzenia tego rodzaju, Niemcy zdążyły się już zjednoczyć. Decyzję o otwarciu nowej filii instytutu Maxa Plancka w Greifswaldzie, blisko granicy z Polską, podjęto w ramach wyrównywania różnic cywilizacyjnych pomiędzy wschodem a zachodem kraju. Właśnie w wyniku tej decyzji powstał Wendelstein 7-X – największy stellarator na świecie.

Stellaratory i tokamaki

Konkurencją dla stellaratorów są tzw. tokamaki. W tym rozwiązaniu także pojawia się problem ukształtowania silnego pola magnetycznego, w którym można uwięzić plazmę. Tyle tylko, że zamiast nadawać elektromagnesom specjalne kształty, przez plazmę przepuszcza się silny prąd elektryczny – od 1 do 10 mln amperów. To sprawia, że plazma nie ucieka z obszaru, gdzie występuje wyładowanie, a do reakcji fuzji termojądrowej może dochodzić w torusie (obwarzanku) o dość regularnym kształcie. Koncepcja tokamaka narodziła się mniej więcej w tym samym czasie co koncepcja stellaratora, tyle że po drugiej stronie żelaznej kurtyny – w Instytucie Kurczatowa w Moskwie. Tokamak (Toroidalnaja Kamiera s Magnitnymi Katuszkami – toroidalna komora z cewką magnetyczną) jest prostszy konstrukcyjnie od stellaratora i m.in. dlatego przez lata cieszył się większym zainteresowaniem naukowców. Do dzisiaj prototypowe rozwiązania tego rodzaju są na świecie budowane znacznie częściej.

Największe z nich – ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) – powstaje na południu Francji w miejscowości Cadarache niedaleko Marsylii. To projekt, który jest najbliżej wytworzenia energii z fuzji termojądrowej w ilości większej niż potrzeba do jego działania. W założeniu, kiedy zostanie uruchomiony, ma wygenerować 500 MW energii, podczas gdy energia potrzebna do podgrzania plazmy to 50 MW. W ten międzynarodowy projekt są zaangażowani naukowcy z Europy, Stanów Zjednoczonych, Rosji, Chin, Indii, Korei Południowej i Japonii. Między innymi dlatego, że w projekcie uczestniczy tak wiele krajów, trudno skoordynować prace i moment uruchomienia urządzenia jest nieustannie przesuwany. Początkowo zakładano, że ITER wystartuje w 2020 r. Dzisiaj bardziej realna jest data 2035 r.

Tokamaki mają jednak pewną znaczącą wadę: w momencie gdy przez plazmę przepływa silny prąd elektryczny, jej stabilność jest zagrożona i bardzo łatwo o zatrzymanie fuzji termojądrowej. W stellaratorach stabilność plazmy jest znacznie wyższa, czego dowodzą pierwsze eksperymenty w Wendelstein 7-X. A to sprawia, że w pojedynku tokamak kontra stellarator ten drugi niespodziewanie zaczyna zyskiwać przewagę.

Fuzja na świecie

Badania nad fuzją jądrową prowadzone są też w wielu ośrodkach akademickich na całym świecie, przede wszystkim w Stanach Zjednoczonych oraz w krajach azjatyckich.

„Amerykańskie badania koncentrują się głównie na tokamakach oraz na udziale w eksperymencie ITER, ale coraz częściej wśród badaczy mówi się także o konieczności zbudowania amerykańskiego stellaratora, choć z nieco innym mechanizmem kontroli stabilności plazmy niż w Wendelstein 7-X – mówi „Przekrojowi” Dennis Whyte, dyrektor Plasma Science and Fusion Center w Massachusetts Institute of Technology. – W MIT prowadzimy też badania nad wykorzystaniem nowych nadprzewodników nazywanych REBCO (stopy metali ziem rzadkich)”.

Rzeczone elektromagnesy będą w stanie wygenerować pole magnetyczne o zdecydowanie większej sile, co pozwoli znacznie zmniejszyć rozmiary urządzenia.

Bardzo ważnym graczem, jeśli chodzi o badania fuzji termojądrowej, są Chiny.

„W moim kraju także głównie stawia się na tokamaki, ale sukcesy Wendelsteina 7-X sprawiły, że coraz częściej mówi się o budowie chińskiego stellaratora – przyznaje w rozmowie z „Przekrojem” prof. Yunfeng Liang, członek międzynarodowego zespołu pracującego przy projekcie ITER. – Plany stworzenia takich urządzeń ma kilka chińskich ośrodków akademickich, m.in. Uniwersytet Południowo-Zachodni w Jiaotong. Chińskie Ministerstwo Nauki i Techniki hojnie wspiera wszelkie projekty, nawet jeśli ich koszt to miliony euro”.

Prof. Liang dodaje też, że podobne nadzieje wiążą z fuzją Koreańczycy i Japończycy, zwłaszcza po katastrofie w Fukushimie.

Od niedawna zainteresowanie fuzją termojądrową zaczęli też wykazywać prywatni przedsiębiorcy, i to dużego kalibru, m.in. prezes firmy Amazon Jeff Bezos i jeden z założycieli Microsoftu Paul Allen, a także współzałożyciel serwisu PayPal Peter Thiel. Inwestują oni w firmy, które mają pomysł, jak w niekonwencjonalny sposób zmierzyć się z problemem fuzji termojądrowej. Jedna z nich to kanadyjska General Fusion. Zatrudnieni w niej naukowcy pracują nad wywołaniem reakcji fuzji termojądrowej w kulistej pułapce magnetycznej, gdzie dzięki specjalnym tłokom ma zostać wytworzone podwyższone ciśnienie. Problemem jest na razie precyzyjna synchronizacja pracy tłoków.

Inna firma badająca alternatywne podejście do fuzji to Tri Alpha. Tam reakcję deuteru z trytem naukowcy chcą zastąpić bombardowaniem protonami atomów boru, co wprawdzie wytwarza mniej energii, ale także mniej niszczy ściany reaktora. Tu jednak problemem jest temperatura – aby doszło do reakcji, musi wynosić około miliarda stopni Celsjusza.

Naukowcy biorący udział w dużych, międzynarodowych projektach z mieszanymi uczuciami patrzą na te próby. „Nie jest to szarlataneria, ale osiągnięcia np. Tri Alpha są około 40 lat za eksperymentami prowadzonymi w stellaratorze” – ocenia dr Jakubowski.

„Alternatywne podejścia do fuzji są ciekawe, ale problem z nimi polega na tym, że poruszają się w obszarze dużego ryzyka – zarówno naukowego, jak i inżynierskiego. To ryzyko jest charakterystyczne dla start-upów” – uważa Dennis Whyte.

Niezależnie jednak od tego, które z rozwiązań – czy te z głównego nurtu, czy te alternatywne – będą najskuteczniejsze, pozostaje mieć nadzieję, że fuzja termojądrowa okaże się prawdziwą fuzją Czechowa. Skoro pojawiła się już w opowieści o nowej energii dla ludzkości, to w końcu kiedyś wypali. Po wizycie w Greifswaldzie trudno wątpić, że prędzej czy później do tego dojdzie.
 

Data publikacji:

okładka
Dowiedz się więcej

Prenumerata
Każdy numer ciekawszy od poprzedniego

Zamów już teraz!

okładka
Dowiedz się więcej

Prenumerata
Każdy numer ciekawszy od poprzedniego

Zamów już teraz!