Marcin JAKUBOWSKI: ITER – największy projekt światowej nauki, droga ku niewyczerpywalnemu źródłu energii

TSF Jazz Radio

ITER – największy projekt światowej nauki, droga ku niewyczerpywalnemu źródłu energii

Marcin JAKUBOWSKI

Fizyk w Instytucie Fizyki Maxa Plancka w Greifswaldzie zamujący się badaniami nad syntezą termojądrową. Ukończył studia na Wydziale Matematyki, Fizyki i Informatyki Uniwersytetu Opolskiego, doktoryzował na Uniwersytecie w Bochum prowadząc jednocześnie badania w Forschungszentrum Jülich. Pracował w kilku największych ośrodkach zajmujących się badaniami nad syntezą termojądrową, m.in. w General Atomics w San Diego i National Institute for Fusion Science w Japonii, gdzie wielokrotnie był profesorem wizytującym. Na Twitterze zainicjował stream #PięknoNauki.

Ryc.: Fabien Clairefond

zobacz inne teksty autora

Ogromny tokamak budowany w Cadarache to największy projekt naukowy w historii – pisze Marcin JAKUBOWSKI

Emmanuel Macron wraz z politykami, m.in. z Chin, Indii i Japonii, zainaugurował 28 lipca 2020 r. najważniejszy etap konstrukcji największego reaktora termojądrowego na świecie – ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor; ale też łac. iter – „droga”).

W czerwcu 2020 roku zakończono konstrukcję kriostatu, największej na świecie komory próżniowej o objętości 16 tys. metrów sześciennych, która będzie też największą na świecie lodówką. Wewnątrz kriostatu umieszczona zostanie komora reaktora wraz z nadprzewodzącymi cewkami, które będą pracowały w temperaturze ciekłego helu, około –273°C.

Ten powstający na południu Francji eksperyment, którego koszt całkowity zamknie się w sumie około 22 miliardów euro, jest przedsięwzięciem naprawdę międzynarodowym. Uczestniczą w nim Unia Europejska, Chiny, Rosja, Japonia, Indie, Korea Południowa i Stany Zjednoczone. Każdy z partnerów projektu dostarcza komponenty, które teraz z ogromną precyzją umieszczone będą wewnątrz kriostatu.

Pierwszy próbny rozruch ITER-a planowany jest na rok 2025, ale będzie trzeba jeszcze 10 lat na całkowite ukończenie konstrukcji i fazę testów. Pierwsze wyładowania, w których będzie powstawała energia, zostaną wytworzone w 2035 roku.

Wyładowania pozwolą nam zbadać, jak zachowuje się plazma, która sama sobie dostarcza całej energii potrzebnej na jej utrzymanie.

Ogromny tokamak budowany w Cadarache to bodaj największy projekt naukowy w historii – komora, w której zachodzi wyładowanie, ma mieć 840 m sześc., waga reaktora to, bagatela, 23 000 ton. Głównym celem tokamaka ITER jest wytworzenie 500 MW energii z syntezy deuteru i trytu – dwóch izotopów wodoru. ITER będzie też pierwszym eksperymentem, który wytworzy z syntezy termojądrowej więcej energii, niż się w niego włoży. Tysiące naukowców z całego świata pracuje razem na rzecz pokojowego wykorzystania energii termojądrowej.

Reakcja termojądrowa to najpotężniejsza z reakcji, którą udało się odkryć fizykom. Dzięki niej Słońce i wszystkie inne gwiazdy świecą, wypromieniowując ogromne ilości energii. Wewnątrz gwiazdy z każdego 1000 gramów wodoru powstają 973 gramy helu, co sprawia, że Słońce w każdej sekundzie wytwarza energię równoważną bilionom bomb atomowych. Cząsteczki, ściśnięte grawitacją i rozgrzane do temperatury kilkunastu, a nawet kilkudziesięciu milionów stopni, zderzając się ze sobą, wchodzą w reakcje termojądrowe. W efekcie powstają nowe pierwiastki i energia.

To właśnie tę reakcję opisuje najpopularniejsze równanie fizyki wyprowadzone przez Alberta Einsteina – E = mc2  – które opisuje związek pomiędzy energią i masą. W przypadku reaktora to różnica mas pomiędzy substratami i produktami reakcji termojądrowej zamieniana jest w energię. Obecne urządzenie, w tym także ITER, bazuje na reakcji scalenia izotopów wodoru: deuteru i trytu, w jądro helu (podczas tej reakcji powstaje też jeden neutron). Hel i neutron są minimalnie lżejsze od deuteru i trytu, ale energia, która z tej różnicy mas powstaje, jest ogromna. Dość powiedzieć, że trzy butelki wody i dwa niewielkie kamienie zawierają wystarczającą ilość deuteru i litu (z którego można wytworzyć tryt), by zapewnić jednej rodzinie energię na cały rok.

Odpadem reakcji nie są ogromne hałdy węglowe ani odpady radioaktywne, lecz jest nim hel, którego używamy np. do napełniania balonów dla dzieci. Z kominów nie będzie uciekał do atmosfery dwutlenek węgla, jak podczas spalania węgla, i w przeciwieństwie do OZE energię będzie można wytwarzać także wtedy, gdy nie będzie wiało i nie będzie słońca, co jest bardzo ważne dla przemysłu.

Pomysł na zbudowanie największego reaktora na świecie zrodził się w 1985 roku podczas spotkania Ronalda Reagana z Michaiłem Gorbaczowem w Genewie jako projekt, który miał zbliżyć USA i ZSRR. Tokamak, taki jak ITER, nie może być w żaden sposób wykorzystany militarnie.

Obydwa kraje prowadziły niezależnie badania nad syntezą: Rosjanie wymyślili tokamak, Amerykanie stellarator. Wydawało się, że wspólny projekt pozwoli zbliżyć się obu potęgom na polu nauki. W latach 90. na świecie zapanowały ogromne przetasowania, ZSRR przestało istnieć, ale pomysł na ITER jednak przetrwał. Porozumienie w sprawie budowy tego urządzenia ostatecznie podpisano dopiero w 2006 roku, w międzyczasie do projektu dołączyły Japonia, Korea Południowa, Chiny, Indie i Unia Europejska, która obecnie jest główną siłą napędową tego eksperymentu.

W 2013 r. w Cadarache, na południu Francji, zaczęto budowę infrastruktury na potrzeby ITER-a. W tym roku zaczną być montowane komponenty dostarczane przez partnerów, np. Japonia produkuje cewki do wytwarzania pola magnetycznego, Chiny dostarczą cewki do korekcji pola magnetycznego itd. Każdy z członków tej elitarnej grupy ma możliwość rozwoju u siebie najnowszych technologii, które powstają na potrzeby badań nad syntezą termojądrową.

ITER nie będzie pełnił funkcji elektrowni; jest projektem stricte naukowym, ale bardzo ważnym dla badań nad syntezą termojądrową. Ma posłużyć do zbadania możliwości związanych z produkowaniem energii z użyciem kontrolowanej fuzji jądrowej na wielką skalę.

.Jeśli to się powiedzie, to pierwsze elektrownie tego typu mogą zacząć działać około 2050 r. Najważniejszy krok dla ITER-a zainaugurował francuski prezydent wraz z tysiącami naukowców z całego świata.

Marcin Jakubowski

Pierwszy raz na Wszystko Co Najważniejsze?

Aby nie ominąć istotnych tekstów, raz w tygodniu w niedzielę rano wysyłamy newsletter. Zapraszamy do zapisania się:

Magazyn idei "Wszystko Co Najważniejsze" oczekuje na Państwa w EMPIKach w całym kraju, w Księgarni Polskiej w Paryżu na Saint-Germain, naprawdę dobrych księgarniach w Polsce i ośrodkach polonijnych, a także w miejscach najważniejszych debat, dyskusji, kongresów i miejscach wykuwania idei.

Aktualne oraz wcześniejsze wydania dostępne są także wysyłkowo.

zamawiam