Szklanka wody zasili miliony mieszkań, czyli rewolucja w energetyce w 2022 roku

Obecnie na świecie w wielu krajach trwają intensywne prace nad budową, testami i próbami wpięcia do swojej krajowej sieci energetycznej reaktora fuzyjnego w celu produkowania prawdziwie ekologicznej energii dla milionów ludzi. Chociaż największa rywalizacja toczy się pomiędzy Stanami Zjednoczonymi i Chinami, wszystko wskazuje na to, że jednak to Amerykanie jako pierwsi dokonają tego gigantycznego postępu w historii naszej cywilizacji.

Wszystko to za sprawą naukowców z kalifornijskiego Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL). Ogłosili oni, że ich prototypowy reaktor fuzyjny osiągnął dodatni bilans energetyczny. Mówimy tutaj o aż 50-procentowym zysku, gdyż do zasilania laserów użyto 2,05 megadżuli energii, a wygenerowano 3,15 megadżuli.

Zalety fuzji jądrowej (za gov.pl):

• brak emisji CO2 - jedynymi produktami ubocznymi reakcji syntezy jądrowej są niewielkie ilości helu, który jest gazem obojętnym;
• duże zasoby paliwa - deuter i tryt, uznawane obecnie za najbardziej wydajne paliwo, można odpowiednio ekstrahować z wody oraz wytwarzać z litu, który znajduje się w skorupie ziemskiej, więc mamy zapas na miliony lat;
• efektywność energetyczna - jeden kilogram paliwa termojądrowego zapewnia taką samą ilość energii jak 10 milionów kilogramów paliwa kopalnego;
• brak długożyciowych odpadów promieniotwórczych;
• bezpieczeństwo - niewielkie ilości paliwa zużywanego podczas syntezy jądrowej (o masie znaczka pocztowego) oznaczają, że żaden wypadek o charakterze jądrowym na wielką skalę nie jest możliwy.

Naukowcy z amerykańskiego LLNL korzystają z potężnych laserów. Za ich pomocą można uwięzić plazmę na zasadzie inercji. 192 lasery są skupione w jednym punkcie. Znajduje się tam złoty cylinder (hohlraum), zawierający małą diamentową otoczkę, która jest wypełniona izotopami wodoru, deuterem i trytem.

Intensywny impuls laserowy sprawia, że złota otoczka cylindra paruje, przy tym wytwarzając impuls promieniowania rentgenowskiego. On z kolei doprowadza do eksplozji diamentowej otoczki, wywołując implozję zawartego w kapsułce paliwa. Następnie dochodzi do ściskania paliwa do gęstości sto razy większej od ołowiu. Jest to ciśnienie 100 miliardów atmosfer ziemskich.

Tak potężne ciśnienie rozgrzewa paliwo do temperatury milionów stopni Celsjusza. Wówczas jądra deuteru i trytu mogą przezwyciężyć wzajemne odpychanie i połączyć się w jądra helu. W ten sposób dochodzi do fuzji jądrowej i wygenerowania jeszcze większej energii. Zaledwie jedna szklanka wody dawać ma jej tyle, ile pół miliona baryłek ropy naftowej.

To niezwykle ważne osiągnięcie Amerykanów zbliża nas do uruchomienia pierwszego reaktora fuzji jądrowej, oferującego potężny dodatni bilans energetyczny. System już jest udoskonalany. Naukowcy jeszcze w tym roku chcą zwiększyć jego efektywność ponad 10-krotnie.

Chińczycy w ubiegłym roku pobili swoje rekordy i ustanowili nowy globalny rekord w temperaturze i utrzymaniu plazmy w reaktorze typu tokamak o nazwie HL-2M. Wytworzył on i utrzymał plazmę o temperaturze 70 milionów stopni Celsjusza przez aż 1056 sekund, czyli ponad 17 minut. Dotychczas było to 120 milionów stopni Celsjusza przez 101 sekund. Tymczasem globalny rekord należał do koreańskiego KSTAR i wynosił 100 milionów stopni Celsjusza przez 30 sekund.

Aby w ogóle można było dokonać fuzji, trzeba ujarzmić cząstki w silnym polu magnetycznym i przy wysokiej temperaturze. Chińscy naukowcy zamierzają uzyskać w swoim reaktorze HL-2M pierwszy raz w historii dodatni bilans energetyczny, przy temperaturze aż 200 milionów stopni Celsjusza. Dotychczas jeszcze nikomu nie udało się uzyskać takiej temperatury w reaktorze typu Tokamak.

Chociaż na razie Chińczycy i Koreańczycy nie uzyskali w swoich reaktorach dodatniego bilansu energetycznego, to jednak są na najlepszej drodze do osiągnięcia takiego celu. Rządy obu krajów zapowiedziały, że rok 2023 będzie przełomowy dla ich projektów. Możemy zatem spodziewać się rosnącej konkurencji w tej materii pomiędzy wieloma krajami. Jak podkreślają analitycy, państwo, które jako pierwsze uruchomi wydajny reaktor fuzyjny, przejmie władzę nad całym światem.

Nad sztucznymi słońcami obecnie pracuje na świecie kilka krajów. Jeden z największych projektów realizowanych jest obecnie we Francji. Powstaje tam ITER, europejski reaktor termojądrowy, który ma być gotowy w 2025 roku. Wówczas rozpoczną się testy, które potrwają przez 10 lat. Eksperci uważają, że dodatni bilans energetyczny uda się uzyskać w ITER w pierwszej połowie lat 30. XXI wieku. Co ciekawe, w projekcie biorą udział naukowcy z Polskiej Akademii Nauk.