Przełom w fuzji termojądrowej. Osiągnięto dodatni bilans energetyczny [KOMENTARZ]

Jak poinformowała stacja CNN, amerykańscy naukowcy z National Ignition Facility, ośrodka badawczego wchodzącego w skład kalifornijskiego Lawrence Livermore National Laboratory po raz pierwszy w historii przeprowadzili kontrolowaną reakcję fuzji termojądrowej z dodatnim bilansem energetycznym. Według ustaleń mediów, Departament Energii USA ma wydać w tej sprawie specjalne oświadczenie.

Choć prace nad fuzją trwają od lat 50. XX wieku i zaowocowały np. stworzeniem bomby termojądrowej, to jednak przeprowadzenie tej reakcji w kontrolowalnych warunkach i z dodatnim bilansem energetycznym było nieosiągalne. Teraz najwyraźniej granica ta została przekroczona. Według informacji CNN, Amerykanie przeprowadzili reakcję fuzji używając 2,1 MJ i uzyskując z niej 2,5 MJ. „Skala tego przełomu jest nie do przecenienia" – powiedział dr Dr Robbie Scott, który brał udział w badaniach.

Czym dokładnie jest fuzja termojądrowa? Jest to reakcja, która zachodzi m.in. na Słońcu. Jej mechanizm tłumaczył dr Tomasz Rożek, fizyk i popularyzator nauki, w jednym z odcinków podcastu „Elektryfikacja". „To reakcja odwrotna od tego, co dzieje się w używanych obecnie reaktorach jądrowych. W obecnie eksploatowanych elektrowniach duże i ciężkie jądro pierwiastka uderzone przez neutron o odpowiedniej energii rozpada się przynajmniej na dwa mniejsze. To jest rozszczepienie jądrowe. Natomiast reakcja fuzji termojądrowej, zwana też syntezą jądrową, to coś zgoła odwrotnego: malutkie i lekkie jądra są sklejane w coś cięższego (...). Służą do tego np. różne izotopy wodoru, np. deuter. Jeden naparstek deuteru może dać tyle energii, co 20 ton węgla. Paliwa w fuzji jądrowej potrzebujemy bardzo mało, zwłaszcza, że mówimy o wodorze, a wodór jest np. w wodzie" - mówił dr Rożek.

Żeby wymusić zderzenie atomów w reakcji fuzji, należy zmusić je do tego za pomocą impulsu laserowego lub rozpędzając atomy przez podgrzewanie gazu do temperatury 80-100 mln stopni Celsjusza.

Nad badaniem fuzji termojądrowej bierze udział szereg ośrodków na całym świecie. Bardzo zaawansowane prace trwają np. we Francji, gdzie międzynarodowy zespół badaczy działa przy budowie International Thermonuclear Experimental Reactor. Z kolei na początku 2022 roku, naukowcy pracujący przy tokamaku JET w Wielkiej Brytanii poinformowali, że uwolnili poprzez fuzję 59 MJ energii w postaci ciepła, bijąc tym samym rekord w produkcji energii z tej reakcji, który wynosił 22 MJ.

Jednakże do tej pory nie udało się uzyskać kontrolowalnej fuzji z dodatnim bilansem energetycznym. Dlaczego?  „Ta sytuacja nie jest prosta z powodu warunków, jakie muszą zostać spełnione, po to, żeby do tego doszło. Bo jądra atomowe, bez elektronów wokoło mają ładunek elektryczny dodatki. A więc jeśli zbliżamy dwa z nich, to im bliżej one są, tym bardziej się od siebie odpychają, bo mają ładunki jednoimienne.  Trzeba stworzyć takie warunki, które zmuszą je do tego sklejenia. Te warunki to bardzo wysokie ciśnienie i bardzo wysoka temperatura. W gwiazdach mamy zarówno wysokie ciśnienie, jak i wysoką temperaturę. Natomiast na Ziemi nie jesteśmy w stanie stworzyć tak wysokiego ciśnienia, czyli musimy to nadrobić jeszcze wyższą temperaturą niż we wnętrzu gwiazdy (...). To jest coś, co jest ogromnym wyzwaniem czysto inżynieryjnym. To nie chodzi o to, że nie wiemy, jak przeprowadzić tę reakcję. Chodzi o to, że nie wiemy, jak wybudować reaktor, który by to wytrzymał i nie wyparował w pierwszej sekundzie działania" – wskazuje dr Rożek.

Według nieoficjalnych informacji, Departament Energii USA ma wydać w tej sprawie oświadczenie we wtorek 13 grudnia.