Fuzja jądrowa zachodzi naturalnie we wnętrzu gwiazd i naszego Słońca. To główne, poza energią grawitacyjną, źródło ich energii. Reakcja termojądrowa jest uważana za idealne źródło czystej i taniej energii odnawialnej.
Jak wynika z analiz Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej, fuzja termojądrowa generuje cztery razy więcej energii na kilogram niż rozszczepienie, które jest wykorzystywane w elektrowniach atomowych, i prawie 4 mln razy więcej energii niż spalanie ropy czy węgla! Co równie ważne – nie powoduje emisji dwutlenku węgla ani produkcji radioaktywnych odpadów, a na Ziemi mamy pod dostatkiem surowców do jej przeprowadzenia. Ilość izotopów wodoru, jaka zmieści się w szklance, mogłaby zapewnić przeciętnemu gospodarstwu domowemu energię na setki lat czy niewyczerpane praktycznie paliwo do podróży kosmicznych.
Fuzja jądrowa
Polega na łączeniu dwóch atomów – najczęściej izotopów wodoru, deuteru i trytu – w jeden, np. hel. Zachodzi w stanie materii zwanym plazmą – gorącym, elektrycznie naładowanym gazie.
Podczas fuzji powstają ogromne ilości energii w postaci ciepła. Jednak, jak dotąd, nie udało się tego dokonać w laboratorium.
Jest przeciwieństwem rozszczepienia pierwiastków ciężkich, np. uranu – reakcji, która zachodzi w reaktorach jądrowych w elektrowniach.
Naukowcy od lat 50. XX wieku próbują odtworzyć syntezę jądrową w warunkach laboratoryjnych. Proces ten jednak zawsze wymagał dostarczenia więcej energii, niż zostało w jego wyniku wytworzone. Aż do grudnia 2022 roku.
Sukces made in USA
Pierwszy krok w kierunku osiągnięcia nowego czystego źródła niewyczerpanej energii wykonali naukowcy z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) w Kalifornii. 5 grudnia 2022 roku po raz pierwszy udało się im uzyskać więcej energii, niż użyto do rozpalenia reakcji.
– 192 wysokoenergetyczne lasery skupiły się na celu wielkości ziarna pieprzu, podgrzewając kapsułę deuteru i trytu do ponad 3 mln stopni Celsjusza, chwilowo symulując warunki wewnątrz gwiazdy, osiągając zapłon – powiedziała dr Jill Hruby, amerykańska podsekretarz energii ds. bezpieczeństwa jądrowego. I dodała: – Zrobiliśmy pierwsze niepewne kroki w kierunku czystego źródła energii, które może zrewolucjonizować świat.
W trakcie eksperymentu – jak podsumowała dr Kim Budil, szefowa LLNL – uzyskano ok. 3,15 megadżula energii z 2,05 megadżula, które włożyły w reakcję lasery (dla porównania – wartość opałowa litra benzyny to nieco ponad 40 megadżuli). Uwolnienie energii dokonało się w czasie krótszym, niż zajmuje światłu pokonanie dystansu 3 metrów.
Droga rozpisana na kraje i dekady
Dr Kim Budil dodała jednak, że droga do wykorzystania tej technologii w elektrowni, może zająć dziesięciolecia. Zaznaczyła jednocześnie, że zastosowane w eksperymencie w kalifornijskim laboratorium National Ignition podejście do fuzji jądrowej – tzw. inercyjne uwięzienie elektrostatyczne plazmy – nie jest jedyną technologią rozwijaną na świecie. W ośrodku Joint European Torus w Culham w Wielkiej Brytanii jest wykorzystywane tzw. magnetyczne uwięzienie plazmy. Eksperymenty i osiągnięcia w jednym z podejść wywierają wpływ na drugie, a rozwój technologii fuzji będzie również wpływał na powstanie nowych technologii w innych dziedzinach.
Reakcja syntezy jądrowej jest rozwijana w wielu instytutach i laboratoriach na świecie, np. w Europejskim Konsorcjum EUROfusion, zarządzającym programem EURATOM, tworzonym przez kilkanaście państw projekcie naukowym ITER we Francji czy niemieckim Wendelstein 7-X. W tych pracach uczestniczą również instytuty i wydziały badawcze z Polski.
