Synteza jądrowa zmieni przyszłość

Synteza jądrowa zmieni przyszłość

Jak poinformowały amerykańskie media, synteza jądrowa dokonana przez naukowców z National Ignition Facility w Lawrence Livermore National Laboratory w Kalifornii, pierwszy raz dała więcej energii, niż potrzeba było do jej przeprowadzenia.

.Rekordowa synteza jądrowa została dokonana poprzez działanie na plazmę zawierającą izotopy wodoru światłem największego lasera na świecie. Zużywając 2,1 megadżula (MJ) energii – uzyskano 2,5 megadżula (dla porównania – wartość opałowa litra benzyny to nieco ponad 40 megadżuli). Jako pierwszy poinformował o tym “Financial Times”.

Według zapowiedzi amerykańskiego Departamentu Energii, opublikowanej przez CNN, sekretarz ds. Energii USA Jennifer Granholm ogłosi we wtorek “wielki przełom naukowy”.

Od dziesięcioleci naukowcy próbują odtworzyć syntezę (fuzję) jądrową – reakcję, dzięki której Słońce i inne gwiazdy wytwarzają ogromne ilości energii przez miliardy lat. Do fuzji jądrowej dochodzi wówczas, gdy dwa lub więcej atomów łączy się w jeden większy atom. Proces ten generuje ogromną ilość energii w postaci ciepła. Synteza jądrowa nie powoduje emisji dwutlenku węgla, nie powstają w tej trakcie długożyjące izotopy promieniotwórcze, a ilość izotopów wodoru mieszcząca się w szklnce mogłaby zapewnić przeciętnemu gospodarstwu domowemu energię na setki lat.

Źródło energii

.”Najprostszym” sposobem przeprowadzenia syntezy jądrowej jest eksplozja bomby termojądrowej – wybuch bomby atomowej dostarcza odpowiedniej temperatury temperatury i ciśnienia, by doszło do przemiany izotopów wodoru (deuter i tryt) w hel. Z dość oczywistych powodów nie jest to jednak metoda nadająca się do wykorzystania w energetyce.

Praktyczne wykorzystanie syntezy jądrowej jako źródła energii okazało się bardzo trudnym zadaniem. Prace nad nią trwają od lat 50. XX wieku, ale postęp – choć stały – jest bardzo powolny. Aby doszło do syntezy, plazma musi bowiem osiągnąć co najmniej 150 milionów stopni Celsjusza. To 10 razy więcej, niż wynosi temperatura w jądrze Słońca.

Podczas syntezy jądrowej część masy łączących się atomów ulega przemianie w energię, którą unoszą ze sobą uwolnione neutrony. Energię tę w postaci ciepła można następnie wykorzystać do podgrzewania wody, wytwarzania pary i napędzania turbin.

Dużym wyzwaniem związanym z wykorzystaniem energii termojądrowej jest utrzymanie reakcji wystarczająco długo, aby mogła zasilać sieci elektryczne i systemy grzewcze.

W lutym br. brytyjscy naukowcy ogłosili, że ponad dwukrotnie pobili poprzedni rekord generowania i podtrzymywania syntezy jądrowej. Stosując wyposażone w gigantyczne magnesy urządzenie w kształcie obwarzanka zwane tokamakiem, zespół z Oxfordu w ciągu 5 sekund wygenerował rekordową ilość energii.

Cytowany w poniedziałek przez CNN brytyjski naukowiec zajmujący się syntezą jądrową, Tony Roulstone z University of Cambridge uznał nowy, uzyskany w USA wynik za obiecujący. Jego zdaniem pokazuje on zarazem, że potrzeba więcej pracy, aby synteza jądrowa była w stanie wytwarzać energię elektryczną na skalę komercyjną.

“Pracowali nad projektem i składem (plazmowego) celu oraz kształtem impulsu energii, aby uzyskać znacznie lepsze wyniki” – powiedział CNN Tony Roulstone z Wydziału Inżynierii Uniwersytetu Cambridge. – “Z drugiej strony wynik ten jest bardzo oddalony od faktycznego zysku energii wymaganego do produkcji energii elektrycznej. Dlatego możemy powiedzieć, że jest to sukces nauki, ale daleko mu do dostarczenia użytecznej energii”.

Reakcja syntezy termojądrowej

.Fizyk w Instytucie Fizyki Maxa Plancka w Greifswaldzie zajmujący się badaniami nad syntezą termojądrową, Marcin JAKUBOWSKI, na łamach “Wszystko co Najważniejsze” zwraca uwagę, że “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 urządzenia bazują 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” – pisze Marcin JAKUBOWSKI w tekście “ITER – największy projekt światowej nauki, droga ku niewyczerpywalnemu źródłu energii” [LINK].

PAP/Paweł Wernicki/WszystkoCoNajważniejsze/EG

Materiał chroniony prawem autorskim. Dalsze rozpowszechnianie wyłącznie za zgodą wydawcy. 12 grudnia 2022