Gdy w grudniu świat zelektryzowała informacja o pierwszej "opłacalnej" fuzji termojądrowej wielu osobom rozbłysły oczy z zachwytu. 5 grudnia 2022 roku po raz pierwszy w historii reaktor termojądrowy wyprodukował nadwyżkę energii. W amerykańskim National Ignition Facility (NIF) otwierano korki od szampana jednak ekspertom daleko było od nadmiernej ekscytacji.
Jak wytwarza się energię termojądrową?
Rys. NIF
Na razie produkcja energii w wyniku fuzji termojądrowej jest jak strzelanie z armaty do wróbla. Naukowcy robią to od dekad i ustrzelili dopiero jednego małego wróbelka. Laboratorium NIF to potężna machina. Jej budowa kosztowała dotychczas ponad 3,5 miliarda dolarów! Jeśli weźmiemy pod uwagę samą wielkość, to zajmuje ona powierzchnię trzech boisk do amerykańskiego futbolu. Sercem laboratorium jest właśnie "armata" czyli potężne lasery. 192 silne wiązki kieruje się na cel o wielkości obiektywu na odwrocie telefonu, na którym czytasz zapewne ten artykuł. To pojemnik ze złota. Skrywa on maleńką kapsułkę z diamentu wypełnionego paliwem termojądrowym. Nasz wróbelek to obszar o średnicy szpilki, czyli miejsce fuzji termonuklearnej.
Co to jest fuzja termojądrowa?
Fuzje termojądrową możemy oglądać gdy uniesiemy głowy do góry. Napędza ona gwiazdy i słońca. Powstaje w wyniku zderzenia atomów pod ogromnym ciśnieniem i w wysokiej temperaturze. W ten sposób atomy łączą się tworząc cięższą cząsteczkę i uwalniając ogromne ilości gęstej energii - izotopy wodoru. Można zaryzykować porównanie, że rozpalamy malutkie słoneczko.
Rys. NIF
Dlaczego energia termojądrowa może być "darmowa"?
Teoretycznie paliwem w reakcji termojądrowej może być woda morska. Bardzo teoretycznie. To uproszczenie bierze się z tego, że zderzane są izotopy wodoru, które znajdziemy właśnie w wodzie morskiej. Gdyby tak było, mielibyśmy doskonałe źródło czystego prądu.
Tak mogłoby być, a jednak w tej chwili nie jest. Deuter, jeden z izotopów wodoru, faktycznie łatwo można uzyskać z wody morskiej. Do reakcji używa się jednak także drugiego izotopu - trytu. Te zasoby są jednak ograniczone.
Energia termojądrowa już wkrótce w sieci?
Optymiści liczą na to, że do końca obecnej dekady uda się produkować tyle energii, by zacząć ją dostarczać do sieci energetycznej. Pesymiści mówią, że to pieśń kilku dekad przyszłości. Fuzja wymaga temperatury 150 mln stopni Celsjusza, czyli 10 razy więcej niż w rdzeniu Słońca.
I tu pojawiają się problemy techniczne. To prawda, że naukowcom w NIF udało się uwolnić więcej energii niż potrzeba było do zainicjowania reakcji. Ale... mówimy tu o 2,05 megadżuli (MJ) wejściowej, w wyniku której uwolniło się 3,15 MJ energii (wyjściowej). Sukces? Z punktu widzenia nauki - tak. W NIF "zabłyśnięto" jedną, słabą wiązkę lasera. Następnie przebyła ona drogę 1500 metrów, w trakcie której jest wielokrotnie rozszczepiania i wzmacniana. Cały ten proces pochłonął... 322 MJ. Jak łatwo policzyć uzyskano zaledwie 1% energii zużytej przez lasery. W dodatku kapsułka do której strzelano może kosztować nawet do 20 tysięcy dolarów!
Elektrownia potrzebowałaby ich nawet milion... dziennie.
Miliardy dolarów za błysk nadziei na energię
Według analityków Bloomberga, gra jest jednak warta świeczki. Swoje fortuny lokują w termojądrowym biznesie Jeff Bezos (założyciel Amazon), Bill Gates (założyciel Microsoft) i Peter Thiel (założyciel PayPal i OpenAI). Inwestorzy i rządy zainwestowały ponad 4,8 miliarda dolarów w firmy dążące do fuzji, na czele z Commonwealth Fusion, startupem wydzielonym z Massachusetts Institute of Technology, który zyskał 2 miliardy dolarów. TAE Technologies otrzymało ponad 1,1 miliarda dolarów.
Unia Europejska buduje swój reaktor termojądrowy
Projekt stworzenia największej na świecie instalacji służącej do przeprowadzania fuzji jądrowej ma Unia Europejska. Na południu Francji do 2025 roku ma powstać ITER (konstrukcja jest już bardzo zaawansowana). O ile Amerykanie użyli w swoim eksperymencie potężnych laserów, to europejscy badacze wybrali magnesy. Uważają, że to pozwoli ustabilizować reakcję, a więc sprawić, że energia może być produkowana dłużej.
W tzw. tokamakach (reaktorach, które mają kształt hula-hop) można ściskać i podgrzewać izotopy wodoru oraz uwięzić powstałą plazmę.
ITER ma produkować 10 razy więcej energii termojądrowej niż moc cieplna potrzebna do wyprodukowania plazmy. To ważny krok od instalacji badawczych do przyszłych elektrowni termojądrowych. Człowiek może wreszcie sięgnąć do Słońca na Ziemi.
Od dawna wiadomo że teoretycznie da sie to zrobić czego dowodem była …..bomba wodorowa.
Tak jak na możliwość produkcji energii z kontrolowanej reakcji łańcuchowej była dowodem bomba atomowa.
Sęk tylko w drobnym słowie : ” kontrolowana”…… Jakoś na razie tak wychodzi, że przy zaangażowaniu gigantycznych środków finansowych i technicznych w wielu krajach świata nie udało się „kontrolować” reakcji fuzji w wymiarze przemysłowym. Zważywszy ,że paliw rozszczepialnych i materiałów paliworodnych (Tor) jest w dostępnych i uzasadnionych ekonomicznie zasobach wystarczających na najbliższe 1500 lat wykładniczego rozwoju cywilizacji nie bardzo ma znaczenie czy fuzję opanujemy za 50 czy 300 lat. Energii wbrew opiniom niektórych „ekooszołomów” nie zabraknie. Wiadomo że prędzej czy później to zrobimy jak działo się z techniką od zarania cywilizacji. Tak naprawdę OZE to już na poziomie obecnej techniki energetycznej jest drobną „fanaberią” przeznaczoną dla biednych krajów – bo jakkolwiek możliwą do wykorzystania w małej i dużej skali to w tej drugiej generują więcej problemów jak korzyści co juz widać . OZE ma działanie destabilizujace na sieć i panaceum na to jest budowa magazynów energii nie w skali mikro u odbiorców bo nie ma to sensu ekonomicznego -tylko w skali przemysłowej na znanych i bezpiecznych rozwiązaniach które działają od dziesiątek lat i nie sa problematyczne ( mówię o elektrowniach szczytowo- pompowych). Tylko w samej Polsce potencjalnych lokalizacji jest kilkadziesiąt. Nawet potrafiliśmy znaleźć takowe w obszarze nadmorskim ( np. ESP ” Żarnowiec” ) . Dlaczego sie tego nie robi ? – bo nie ma woli politycznej albo świadomości u polityków co sie moze stać gdy tych mocy regulacyjnych zabraknie.
Ciekawe jest też dlaczego na świecie nie wybudowano do tej pory EJ opartych na cyklu torowym…… Praktycznie aspekty techniczne przebadane zostały już w USA na przełomie lat 60-70 ub.w. Powód jest jeden: w cyklu torowym nie da się zrobić bombki A więc rządy nie sa zainteresowane a wielki przemysł też ma to w nosie bo interes będzie słaby albowiem paliwo puki co jest tak tanie i wydajne że energia ta była by nie perspektywiczna w kwestii zysku wobec jeszcze koniecznych środków do zainwestowania aby tę technologie skomercjalizować . Gniecie sie obecnie OZE popychając ideologią klimatoociepleniową która jest jedynie półprawdą – półprawda bo całą prawda jest to że ocieplenie klimatu nastepuje natomiast nie prawdą jest to ,że za nie odpowiada cywilizacja albowiem ocieplenie klimatu następowało wielokrotnie i cyklicznie na długo przed wyewoluowaniem gatunku ludzkiego. Dlaczego tak sądzę ?: – bo wymuszenia naturalne w kierunku ocieplenia sa około 1500 x wyższe jak to co daje cywilizacja ze spalania paliw kopalnych i wytworzonych gazów cieplarnianych również z rolnictwa. Z w/w powodu spodziewam sie energetycznej katastrofy z uwagi na beztroske rzadzących i podparłem się owym OZE oraz starą metoda magazynowania energii w akumulatorach kwasowych i stałem się energetycznie wystarczalny w skali 3/4 roku a w zasadzie ponad roku bo mam zasoby na zaspokojenie potrzeb energetycznych przez kolejne pół roku…….. Gdyby nie lekka zima to mielibyśmy „ciemność” na co dzień…….