Przełom w energetyce jądrowej – naukowcom z USA udało się dokonać syntezy jądrowej przy której otrzymali więcej energii jądrowej niż włożyli w sam proces. W ten sposób reaktor plazmowy może już powstać, konieczne jest jednak opracowanie do niego wyposażenia.
Naukowcy z Lawrence Livermore National Laboratory w Kalifornii dokonali powtarzalnej reakcji syntezy jądrowej z uzyskaniem energii netto, czyli więcej energii otrzymano niż włożono w proces. Według oficjalnego komunikatu sekretarz ds. Energii Jennifer Granholm, odkrycie to stanowi „wielki przełom naukowy” w badaniach mających na celu wykorzystanie syntezy jądrowej do wytwarzania energii, co spowodowałoby przejście paliw kopalnych do roli paliw pomocniczych, używanych w mobilnych urządzeniach energetycznych. Jak mówią naukowcy i analitycy, jest to pierwszy ważny krok do produkcji reaktorów fuzyjnych o bardzo wysokiej sprawności. Jednak od tej chwili dzielą nas jeszcze dekady, choć, jak stwierdził chcący zachować anonimowość fizyk z Harvard University w wypowiedzi dla NBC, „jest możliwe, że osoby będące dziś w średnim wieku doczekają uruchomienia pierwszego z takich reaktorów”. Reaktory plazmowe, według naukowców, zapewnią przełom we wszystkich dziedzinach życia – od zasilania w energię wielkich miast, po statki kosmiczne dokonujące podróży po całym Układzie Słonecznym.
„To prawie tak, jakby wystrzelono z pistoletu startowego. Powinniśmy dążyć do udostępnienia systemów energii termojądrowej w celu przeciwdziałania zmianom klimatycznym i zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego” – tak skomentował odkrycie dla agencji AP prof. Dennis Whyte, dyrektor Plasma Science and Fusion Center w Massachusetts Institute of Technology i lider badań nad syntezą jądrową.
Trudność „gorącej” syntezy jądrowej polega na tym, że w jej trakcie atomy wodoru są dociskane z taką siłą, że łączą się w hel uwalniając ogromne ilości energii i ciepła. Fuzja ta zachodzi w tak wysokich temperaturach, że niezwykle trudno jest ją kontrolować i zmierzyć jej parametry. Za to w przeciwieństwie do innych reakcji jądrowych nie tworzy odpadów radioaktywnych.
Jak wyliczyli w 2018 r. eksperci Komisji Europejskiej, do tej pory na badania nad syntezą jądrową, czyli gorącą fuzją, wydano na całym świecie od lat 50. XX wieku ponad 40 mld dol., przy czym szacunki te są bardzo zgrubne, bowiem nieznane są wydatki na badania tego typu w ZSRR, Rosji i Chinach, a wiadomo było, że takie programy były tam prowadzone. Badania te przynosiły doskonałe wyniki, ale przez sekundy lub nawet ich ułamki, a ostatni udany eksperyment naukowców z National Ignition Facility, oddziału Lawrence Livermore wymagał 192 laserów i temperatur wielokrotnie wyższych niż centrum Słońca, aby wywołać niezwykle krótką reakcję syntezy jądrowej. W tej reakcji mała metalowa puszka została zamieniona w plazmę skoncentrowanym „strzałem” ze wszystkich laserów. Wytworzone zostało środowisko przegrzanej plazmy, w którym zaszła reakcja.
Riccardo Betti, profesor z University of Rochester i ekspert w dziedzinie syntezy laserowej, stwierdził w wypowiedzi dla mediów, że jeśli energia netto została uzyskana w reakcji syntezy jądrowej, byłoby to znaczącym postępem. Ale jak dodał: „przed nami długa droga, zanim w ten sposób wygeneruje się zrównoważoną energię elektryczną”. Jednak stwierdził, że obecny udany i długotrwały eksperyment można porównać do momentu w którym ludzie po raz pierwszy zrozumieli, że rafinacja ropy, otrzymanie benzyny i podpalenie jej może spowodować eksplozję.
„Nadal nie masz silnika i nadal nie masz opon. Nie możesz powiedzieć, że masz samochód” – powiedział Betti. Jednak, jak dodał, wiadomo już na jakiej zasadzie ma działać silnik.
Jak twierdzą naukowcy, eksperymenty z gorącą fuzją to po prostu „fizyka gwiazd”. Whyte powiedział, że osiągnięcie punktu, w którym uzyskuje się energię jest trudne, ponieważ paliwo musi być rozgrzane do temperatury wyższej niż środek Słońca. Plazma, czyli paliwo, nie utrzymuje aż takiej temperatury – łatwo wycieka i stygnie. Powstrzymanie tego procesu jest „niesamowitym wyzwaniem”.
Według Jeremy’ego Chittendena, profesora Imperial College w Londynie, specjalizującego się w fizyce plazmy, zysk energii netto nie jest wielką niespodzianką ze względu na postęp, jaki już poczyniono. „Nie zmienia to faktu, że jest to znaczący kamień milowy” – dodał.
W Europie prowadzone są także międzynarodowe badania nad gorącą syntezą w ramach Unii Europejskiej. Od 15 lat budowana jest we Francji wielka struktura eksperymentalna zwana Międzynarodowym Eksperymentalnym Reaktorem Termojądrowym – ITER. Przy badaniach tych pracują naukowcy z 35 krajów świata. W ITER „strzał” energetyczny zmienia wodór w plazmę, naładowany elektrycznie gaz, który jest następnie kontrolowany przez ogromne magnesy. Nad podobnym rozwiązaniem pracują w USA naukowcy z zespołu z Massachusetts Institute of Technology i prywatnego konsorcjum. W 2021 r. zespoły pracujące nad tymi projektami na dwóch kontynentach ogłosiły znaczące postępy w zakresie magnesów niezbędnych do ich pracy. Magnesy będą bowiem znaczącą częścią „silnika” przyszłej elektrowni termonuklearnej.
